(57)【要約】【課題】電気機器の本来の機能を発揮させながら、ピーク電力の負荷を緩和できる電気機器管理システムを提供する。【解決手段】電気機器は、センサと、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、通電状態を制御する制御部と、定常状態１１０２に入ると、定常状態における制御の周期（Ａ，Ｂ，Ｃ）と、定常状態を維持するために必要な電力供給期間とを算出し中央管理装置に送信する送信部と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内での電力供給許可期間に関する期間情報とを含む指令を受信して、制御部に与える受信部とを含む。制御部は、この指令と、タイマの出力とに基づいて通電状態を制御する。複数の電気機器（Ａ，Ｂ，Ｃ）で電力供給の期間が重複しないようにすることで、システム全体として消費電力のピークを平準化する（Ｄ）。【選択図】図９
2011162405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を消費して動作する制御対象物及びその電力を制御するコントローラと、
前記制御対象物による動作の結果を反映して変化しうる外界状況に関する情報を取得するセンサと、
前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記制御対象物に与えられる電力を調整するように前記コントローラを制御するための制御装置と、
所定の基準時間と同期するタイマとを含む電気機器であって、
前記制御装置は、前記制御対象物が定常状態となるように前記コントローラを制御可能であり、
前記電気機器はさらに、
前記制御装置による制御が定常状態に入ったことに応答し、前記定常状態における周期と、前記定常状態を維持するために前記制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して所定の中央管理装置に与えるための送信装置と、
周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で前記制御対象物に電力を与えることが許可される期間情報とを含む、前記中央管理装置により生成される指令を受信するための受信装置とを含み、
前記制御装置は、前記受信装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、前記期間情報により特定される期間内の所定の時刻から前記制御対象物に電力を供給するように、かつ前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記コントローラを制御するための装置を含む、電気機器。
【請求項２】
前記送信装置は、
前記センサの出力に基づいて、前記制御装置による制御の状態を管理するための状態管理装置と、
前記状態管理装置により管理されている状態が定常状態に入ったことに応答し、前記定常状態における前記制御装置による制御の周期を測定するための周期測定装置と、
前記周期測定装置により測定された周期が目標周期に近づくように、前記制御装置による制御の周期を調整するための周期調整装置と、
前記状態管理装置により管理されている状態が定常状態に入ったこと、及び前記周期測定装置により測定された周期と目標周期との差が所定のしきい値より小さくなったことに応答して、当該目標周期と、当該目標周期内において、前記定常状態を維持するために前記制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し前記通信インタフェースを介して前記中央管理装置に与えるための装置とを含む、請求項１に記載の電気機器。
【請求項３】
前記制御装置は、前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記制御対象物に対して与えられる電力を複数通りの値のいずれかに制御する、請求項１又は請求項２に記載の電気機器。
【請求項４】
前記複数通りの値は、０と、所定の正の値との２通りである、請求項３に記載の電気機器。
【請求項５】
各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、
前記受信装置が前記複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、
前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置するための配置装置と、
前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が許可された期間とを通知するための通知装置とを含む、中央管理装置。
【請求項６】
前記配置装置は、第１の電気機器に与えられる期間と、第２の電気機器に与えられる期間との間に、所定の間隔を配置する、請求項５に記載の中央管理装置。
【請求項７】
前記配置装置は、
前記グループ内の電気機器の消費電力と、電気機器の識別番号と、電気機器が要求する電力供給の期間とからなる機器情報を記憶するための記憶装置と、
前記記憶装置に記憶された機器情報の内、電力供給が許可される期間がまだ前記周期内に配置されていないものを選択するための選択装置と、
前記選択装置により選択された機器情報に対して電力供給が許可される電力供給許可期間を、前記周期内で配置可能な位置の全てに仮に配置し、そのときの、前記周期内に電力供給許可期間が配置されている全ての電気機器の消費電力の合計の最大値と最小値との差を算出するための電力差算出装置と、
前記電力差算出装置により算出された値が最も小さな位置に、前記選択装置により選択された電気機器の電力供給許可期間を本配置するための装置と、
前記選択装置、前記電力差算出装置、及び前記本配置するための装置を、前記周期内に電力供給許可期間が配置されていない状態から、前記グループの全ての電気機器の電力供給許可期間が配置される状態になるまで繰返し動作させるための装置とを含む、請求項５に記載の中央管理装置。
【請求項８】
ネットワークと、
各々、前記ネットワークに接続される１以上の電気機器と、
前記ネットワークに接続され、前記１以上の電気機器が協調して動作するよう、前記ネットワークを介して前記１以上の電気機器を管理するための中央管理装置とを含む電気機器管理システムであって、
前記１以上の電気機器の各々は、
電力を消費して動作する制御対象物及びその電力を制御するコントローラと、
前記制御対象物による動作の結果を反映して変化しうる外界状況に関する情報を取得するセンサと、
前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記制御対象物に与えられる電力を調整するように前記コントローラを制御するための制御装置と、
所定の基準時間と同期するタイマとを含み、
前記制御装置は、前記制御対象物が定常状態となるように前記コントローラを制御可能であり、
前記１以上の電気機器の各々はさらに、
前記制御装置による制御が定常状態に入ったことに応答し、前記定常状態における周期と、前記定常状態を維持するために前記制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して前記中央管理装置に与えるための送信装置と、
周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で前記制御対象物に電力を与えることが許可される期間情報とを含む、前記中央管理装置により生成される指令を受信するための受信装置とを含み、
前記制御装置は、前記受信装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、前記期間情報により特定される期間内の所定の時刻から前記制御対象物に電力を供給するように、かつ前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記コントローラを制御するための装置を含み、
前記中央管理装置は、
前記１以上の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、
前記受信装置が前記複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、
前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置するための配置装置と、
前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む、電気機器管理システム。
【請求項９】
１以上の電気機器に接続されるコンピュータにより実行されると、当該コンピュータを、
各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、
前記受信装置が前記複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、
前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置するための配置装置と、
前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置として機能させる、コンピュータプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体。
【請求項１１】
各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、
前記受信装置が前記複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、
前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置するための配置装置と、
前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む、電気機器の中央管理装置の管理方法であって、
前記受信装置が、各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信する受信ステップと、
前記抽出装置が、前記受信ステップにおいて前記複数の電気機器から受取られた通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出する抽出ステップと、
前記配置装置が、前記抽出ステップにおいて抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置する配置ステップと、
前記通知装置が、前記抽出ステップにおいて抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知する通知ステップとを含む、中央管理装置の管理方法。
【請求項１２】
自己の動作の結果を反映して変化しうる環境状況に関する情報を検知するセンサを持ち、当該センサ出力に基づいて、前記センサ出力が所定の範囲となるように動作する機能を持つ電気機器と接続されて用いられ、前記電気機器の消費電力を制御するための電力制御装置であって、
前記電気機器からのセンサ出力を受信するセンサ出力受信装置と、
所定の基準時間と同期するタイマと、
前記センサ出力受信装置の出力に基づいて、前記電気機器の動作が定常状態に入ったことを検知し、前記定常状態における周期と、前記電気機器が前記定常状態を維持するために電力の供給を受けることが必要な期間とを算出し所定の中央管理装置に送信するための送信装置と、
前記中央管理装置からの指令を受信するための受信装置とを含み、
前記指令は、前記電気機器の動作の周期を特定する周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で前記制御対象物をオンさせることが許可されるオン許可期間情報とを含み、
前記制御装置はさらに、前記受信装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、前記オン許可期間情報により特定される期間内に前記電気機器が電力を消費するように前記電気機器への電力消費を規制する電力規制装置を含む、電気機器の制御装置。
【請求項１３】
前記電気機器に電力を供給する電力線に関連して、当該電力線を介して前記電気機器に供給される電力を検知可能なように設けられた電力センサ部をさらに含み、
前記電力センサ部の出力を定期的に前記中央管理装置に送信する消費電力送信部をさらに含む、請求項１２に記載の電気機器の制御装置。
【請求項１４】
前記電気機器は、外部からの所定の規格にしたがった指令に応答して自己の状態を変化させることが可能であり、
前記電力規制装置は、前記タイマによる計時に同期して、前記周期の各々について、前記オン許可期間の最初に前記電気機器がオンし、前記オン許可期間の最後に前記電気機器がオフの状態となるように、前記所定の規格にしたがって前記電気機器に指令を送信する指令送信部を含む、請求項１２に記載の電気機器の制御装置。
【請求項１５】
前記電力規制装置は、前記タイマによる計時に同期して、前記周期の各々について、前記オン許可期間の最初にオンし、前記オン許可期間の最後にオフする、前記電気機器への電力供給線内に設けられたスイッチを含む、請求項１２に記載の電気機器の制御装置。
【請求項１６】
自己の動作の結果を反映して変化しうる環境状況を検知し、当該環境情報が所定の条件を充足するように動作する機能を持つ電気機器と接続されて用いられ、前記電気機器の消費電力を制御するための電力制御装置であって、
前記電気機器に電力を供給する電力線に関連して、当該電力線を介して前記電気機器に供給される電力を検知可能なように設けられた電力センサと、
所定の基準時間と同期するタイマと、
前記電力センサの出力を定期的に所定の中央管理装置に送信し、前記中央管理装置からの指令を受信する通信装置とを含み、
前記指令は、前記電気機器の動作の周期を特定する周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で前記制御対象物をオンさせることが許可されるオン許可期間情報とを含み、
前記電力制御装置はさらに、前記中央管理装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、各周期ごとに、前記オン許可期間情報により特定される期間内では前記電気機器への電力供給を行ない、それ以外の期間では前記電気機器への電力供給を遮断する供給電力スイッチを含む、電力制御装置。
【請求項１７】
前記電力制御装置は、
電源供給のためのコンセントに挿入されるプラグ部と、
前記電気機器のプラグが挿入されるコンセント部と、前記プラグ部及び前記コンセント部の間を接続する１対の電灯線とをさらに含み、
前記供給電力スイッチは、
前記１対の電灯線のいずれかに挿入されたリレーと、
前記中央管理装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、各周期ごとに、前記オン許可期間情報により特定される期間内では前記リレーがオンし、それ以外の期間では前記リレーがオフするように前記リレーを制御するリレー制御装置とを含む、請求項１５に記載の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電気機器を協調動作させるシステムに関し、特に、電気機器をネットワーク化して中央管理装置と接続し、中央管理装置の機能によりこれらの電気機器を協調動作させるシステム及び電気機器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この出願は、日本国に２０１０年６月２５日に出願された特願２０１０−１４４３５１号に基づく優先権を主張する出願であり、当該特願２０１０−１４４３５１号の全内容をここに参照により援用する。【０００３】
近年、比較的大きな電力を必要とする電気機器を備える家庭が多くなっている。例えばエアーコンディショナー（以下「エアコン」と呼ぶ。）、冷蔵庫、電子レンジ、洗濯乾燥機、食器洗い乾燥機、及びヘアドライヤー等である。これらの電気機器を同時に動作させていると、使用電力量が電気の契約容量を超える可能性が高まる。使用電力量がひとたび契約容量を超えるとブレーカが落ちてしまう。ブレーカが落ちると家中の電気機器が使用できなくなる。それ以外の重大な影響も生ずる。例えば、いわゆるデスクトップパソコンでファイルを編集しているときに、ブレーカが落ちてしまうと、編集した後のデータが消えてしまう。こうした被害は回復不能なこともある。【０００４】
こうした影響を軽減するために、ブレーカを複数のサブブレーカに分割する方法がある。そうしたブレーカでは、多くの場合、使用電力が過大となったサブブレーカのみが落ち、他のサブブレーカは落ちないようになっている。しかしこの場合でも、限定的ではあるが他の電気機器に予期せぬ影響が及ぶことに変わりはない。したがってこうした問題を解決するための何らかの手段が求められている。【０００５】
その一例が非特許文献１に記載されている「ピークカット機能付き分電盤」を持つ電力制御装置である。この装置は、住宅分電盤とセットで備え付けられる。この装置は、電流センサを内蔵している。電流センサが電気の使いすぎを検知すると、音声で知らせる。さらに、電気の契約容量を超えて電気を使いすぎた場合には、ＪＥＭ−Ａ端子を装備している電気機器（４台まで指定可能）を自動的に停止させる。その後、電気の使用量が減少すると、自動的に運転を再開させる。【０００６】
既築の集合住宅及び戸建住宅の中には、電気の使用量が増えても幹線容量不足で契約容量を上げられないものがある。そのような住宅にとって、こうした機能を持つ装置は有用である。【０００７】
上記した問題を解決するための他の技術が特許文献１に開示されている。特許文献１は、電気機器とブレーカ装置をネットワーク化させて、ブレーカの発動を未然に防ぐ技術を開示している。具体的には、電気機器は、一定値以上の電力消費に起因するトリガーがあったか否かを監視する。例えばアイロンであれば電源オン又は設定温度の上昇がトリガーとなる。エアコンであれば電源オン又は設定温度の上昇がトリガーとなる。電子レンジであれば電源オン又は内部マイクロ波の放出開始等がトリガーとなる。トリガーを検出すると、電気機器は、そのトリガーに対応する処理に必要な消費電力値を何らかの手段により決定し、その量の電力使用を要求するメッセージをブレーカ装置に送る。【０００８】
ブレーカ装置は、このメッセージを受取ると、メッセージに記載された、電力使用の要求量を抽出する。ブレーカ装置は、要求電力量と、現在の消費電力量との和が、最大許容電力量より小さいか否かを判定する。判定が肯定であれば、ブレーカ装置は電力の使用を許可するメッセージを電気機器に返し、そうでなければ電力の使用を許可しないメッセージを返す。【０００９】
電気機器は、ブレーカ装置から使用許可のメッセージを受取ると電力消費を開始し、使用不許可のメッセージを受取ると電力消費を中止する。【００１０】
この仕組みにより、例えば、大電力を必要とする電気機器を家庭で同時に使用しようとする場合でも、その消費電力の合計が最大許容電力を超えることが避けられる。したがって、電気機器の使用中にブレーカが落ちてしまうということがなくなる。【００１１】
ところで、こうした問題は単独の家庭に限定された問題ではない。集合住宅等、複数の家庭が集まって一つの住宅を形成する場合にも同様の問題が生じ得る。こうした問題に対処するため、特許文献２には、集合住宅全体の電力負荷を制御し、集合住宅内の家庭の電灯線が接続されている幹線の過負荷を引き起こさないようにする技術が開示されている。【００１２】
具体的には、特許文献２に記載の技術では、屋外電灯線から供給された電力が、複数の幹線ブレーカを有する幹線に分かれ、幹線からさらに分岐された分岐電灯線により各戸に供給される。幹線電流制御指示器は、幹線ブレーカに流れる電流値を獲得してメモリに記憶し、１分間程度先の幹線の電流値を予測する。幹線電流制御指示器は、予測にしたがい、各戸の電力制御機能付き電気機器に対し、制御命令を送信する。特許文献２では、制御命令信号は電灯線により搬送される。【００１３】
特許文献２の制御命令の内容は、幹線電流予測値によってレベル分けされる。それらは、「省エネ（省エネルギー）モード解除」、「省エネ協力依頼」、「空調温度制御実施」、「対象機器ＯＦＦ」である。例えば、エアコンの場合、これらの制御命令をうけると、それぞれ通常運転、省エネ運転、設定空調温度変更及び停止という動作を行なえばよい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】“住宅分電盤用のネットワークコントロール付パワナビユニット”、［online］、東京電力、[平成２２年２月１７日検索]、インターネット（URL:http://www.tepco.co.jp/corporateinfo/provide/products/007-j.html）
【非特許文献２】“ スマートタップの機能とその応用”、[online]、京都大学松山研究室、[平成２３年６月１８日検索]、インターネット(URL:http://www.i-energy.jp/data/14-2010-9-24-symposium-demo.pdf)
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３４０２９５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３１２２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
非特許文献１に記載されている技術は、電気の使いすぎを検知すると、指定された電気機器の電気使用を強制的に停止させるものである。この技術は、ブレーカを落とさないことを確実にするために有用ではある。しかし、電気機器を強制的に停止させるというのは、電気機器の本来の使い方ではない。そのため、電気機器を使用することに得られるはずの快適さを損ねることにつながる。【００１７】
特許文献１に記載されている技術も、ブレーカを落とさないことを確実にするために有用である。しかし、特許文献１に記載の技術のように、電気機器に対して電力の使用を許可しないということになると、電気機器の本来の使い方ができないことになる。そのため、非特許文献１に記載の技術と同様、電気機器により得られるはずの快適さを損ねることにつながる。【００１８】
特許文献２に記載されている技術も、幹線ブレーカを落とさないことを確実にするために有用である。しかし、設定空調温度を変更したり、意図しないタイミングで対象機器をオフしたりすると、電気機器の本来の機能を生かすことができなくなる可能性が高い。そのため、快適さが損ねられてしまう危険性がある。【００１９】
可能であれば、これら文献に記載された技術とは異なり、快適さを犠牲にすることなく、電気機器を使い続けられることが望ましい。【００２０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、電気機器の本来の機能を発揮させながら、ピーク電力の負荷を緩和できる電気機器管理システム、当該システムで用いられる電気機器及びそのためのコンピュータプログラムと記憶媒体、中央管理装置及び当該中央管理装置の管理方法、それら中央管理装置からの指令に従い、電気機器での電力消費を制御する制御装置、並びに電気機器への電力供給の制御装置を提供することである。【００２１】
本発明の他の課題は、電気機器の本来の使い方を保ち、各電気機器の動作を継続しながら、電気の契約容量を超える危険性を減らすことができる電気機器管理システム、当該システムで用いられる電気機器及びそのためのコンピュータプログラムと記憶媒体、中央管理装置及び当該中央管理装置の管理方法、それら中央管理装置からの指令に従い、電気機器での電力消費を制御する制御装置、並びに電気機器への電力供給の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の第１の局面に係る電気機器は、電力を消費して動作する制御対象物及びその電力を制御するコントローラと、制御対象物による動作の結果を反映して変化しうる外界状況に関する情報を取得するセンサと、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、制御対象物に与えられる電力を調整するようにコントローラを制御するための制御装置と、所定の基準時間と同期するタイマとを含む。制御装置は、制御対象物が定常状態となるようにコントローラを制御可能である。電気機器はさらに、制御装置による制御が定常状態に入ったことに応答し、定常状態における周期と、定常状態を維持するために制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して所定の中央管理装置に与えるための送信装置と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で制御対象物に電力を与えることが許可される期間情報とを含む、管理装置により生成される指令を受信するための受信装置とを含む。制御装置は、受信装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、期間情報により特定される期間内の所定の時刻から制御対象物に電力を供給するように、かつセンサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、コントローラを制御するための装置を含む。【００２３】
この発明によれば、制御装置は、制御対象物が定常状態となるようにコントローラを制御する。制御対象物の動作はセンサが取得する情報に反映される。このセンサの出力する数値が目標範囲に入るように制御装置はコントローラを制御する。このときの周期と、定常状態を維持するのに必要な電力を制御対象物に与えるための期間とが所定の中央管理装置に送信される。所定の中央管理装置において、他の電気機器に対して与える期間を勘案して、この電気機器の制御対象物に電力を与える期間を定めてこの電気機器に指令を送信できる。受信装置がこの指令を受信すると、制御装置はその指令により指定される期間に制御対象物に電力を供給するようにコントローラを制御する。このときの期間は、他の電気機器と同様、所定の基準時間に同期している。その結果、この電気機器だけではなく、他の電気機器の電力消費を勘案し、電力消費が個々の電気機器によりばらばらにされる場合に生ずる不都合を回避することが可能になる。【００２４】
好ましくは、送信装置は、センサの出力に基づいて、制御装置による制御の状態を管理するための状態管理装置と、状態管理装置により管理されている状態が定常状態に入ったことに応答し、定常状態における制御装置による制御の周期を測定するための周期測定装置と、周期測定装置により測定された周期が目標周期に近づくように、制御装置による制御の周期を調整するための周期調整装置と、状態管理装置により管理されている状態が定常状態に入ったこと、及び周期測定装置により測定された周期と目標周期との差が所定のしきい値より小さくなったことに応答して、当該目標周期と、当該目標周期内において、定常状態を維持するために制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して中央管理装置に与えるための装置とを含む。【００２５】
より好ましくは、制御装置は、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、制御対象物に対して与えられる電力を複数通りの値のいずれかに制御する。【００２６】
複数通りの値は、０と、所定の正の値との２通りであってもよい。【００２７】
本発明の第２の局面に係る、電気機器の中央管理装置は、各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、受信装置が複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置するための配置装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む。【００２８】
受信装置が通知を受取ると、抽出装置が、同一の周期を持つ電気機器グループを抽出する。抽出されたグループに属する電気機器の各々について、電力供給許可期間がその周期内に配置される。このとき、周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるようにされる。従って、電気機器の電力供給許可期間が重複する場合と比較して合計消費電力を小さくでき、消費電力を平準化することが可能になる。【００２９】
好ましくは、配置装置は、第１の電気機器に与えられる期間と、第２の電気機器に与えられる期間との間に、所定の間隔を配置する。【００３０】
より好ましくは、配置装置は、グループ内の電気機器の消費電力と、電気機器の識別番号と、電気機器が要求する電力供給の期間とからなる機器情報を記憶するための記憶装置と、記憶装置に記憶された機器情報の内、電力供給が許可される期間がまだ周期内に配置されていないものを選択するための選択装置と、選択装置により選択された機器情報に対して電力供給が許可される電力供給許可期間を、周期内で配置可能な位置の全てに仮に配置し、そのときの、周期内に電力供給許可期間が配置されている全ての電気機器の消費電力の合計の最大値と最小値との差を算出するための電力差算出装置と、電力差算出装置により算出された値が最も小さな位置に、選択装置により選択された電気機器の電力供給許可期間を配置するための装置と、選択装置、電力差算出装置、及び配置するための装置を、周期内に電力供給許可期間が配置されていない状態から、グループの全ての電気機器の電力供給許可期間が配置される状態になるまで繰返し動作させるための装置とを含む。【００３１】
本発明の第３の局面に係る電気機器管理システムは、ネットワークと、各々、ネットワークに接続される１以上の電気機器と、ネットワークに接続され、１以上の電気機器が協調して動作するよう、ネットワークを介して１以上の電気機器を管理するための中央管理装置とを含む電気機器管理システムである。１以上の電気機器の各々は、電力が与えられると動作する制御対象物と、制御対象物による動作の結果を反映してｈ根かしうる外界状況に関する情報を取得するセンサと、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、制御対象物に与えられる電力を制御するための制御装置と、所定の基準時間と同期するタイマとを含む。制御装置は、定常状態となるように制御対象物を制御可能である。１以上の電気機器の各々はさらに、制御装置による制御が定常状態に入ったことに応答し、定常状態における制御装置による制御の周期と、定常状態を維持するために制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して所定の中央管理装置に与えるための送信装置と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で制御対象物に電力を与えることが許可される期間情報とを含む、送信先により生成される指令を受信するための受信装置とを含む。制御装置は、受信装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、期間情報により特定される期間内の所定の時刻から制御対象物に電力を供給するように、かつセンサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、制御対象物に与えられる電力を制御するための装置を含む。中央管理装置は、１以上の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、受信装置が複数個の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置するための配置装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む。【００３２】
本発明の第４の局面に係るコンピュータプログラムは、１以上の電気機器に接続されるコンピュータにより実行されると、当該コンピュータを、各々、電力消費が周期的に変化する複数個の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、受信装置が複数個の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置するための配置装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置として機能させる。【００３３】
本発明の第５の局面に係る記憶媒体は、上記したコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体である。【００３４】
本発明の第６の局面に係る電気機器の管理方法は、各々、電力消費が周期的に変化する複数個の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、受信装置が複数個の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置するための配置装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む、電気機器の中央管理装置の管理方法である。この方法は、受信装置が、各々、電力消費が周期的に変化する複数個の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信する受信ステップと、抽出装置が、受信ステップにおいて複数個の電気機器から受取られた通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出する抽出ステップと、配置装置が、抽出ステップにおいて抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置する配置ステップと、通知装置が、抽出ステップにおいて抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知する通知ステップとを含む。【００３５】
本発明の第７の局面に係る電気機器の電力制御装置は、自己の動作の結果を反映して変化しうる環境状況に関する情報を検知するセンサを持ち、当該センサ出力に基づいて、センサ出力が所定の範囲となるように動作する機能を持つ電気機器と接続されて用いられ、電気機器の消費電力を制御するための電力制御装置である。この電力制御装置は、電気機器からのセンサ出力を受信するセンサ出力受信装置と、所定の基準時間と同期するタイマと、センサ出力受信装置の出力に基づいて、電気機器の動作が定常状態に入ったことを検知し、定常状態における周期と、電気機器が定常状態を維持するために電力の供給を受けることが必要な期間とを算出し所定の中央管理装置に送信するための送信装置と、中央管理装置からの指令を受信するための受信装置とを含む。指令は、電気機器の動作の周期を特定する周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で制御対象物をオンさせることが許可されるオン許可期間情報とを含む。制御装置はさらに、受信装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、オン許可期間情報により特定される期間内に電気機器が電力を消費するように電気機器への電力消費を規制する電力規制装置を含む。【００３６】
好ましくは、電力制御装置は、電気機器に電力を供給する電力線に関連して、当該電力線を介して電気機器に供給される電力を検知可能なように設けられた電力センサ部をさらに含み、電力センサ部の出力を定期的に中央管理装置に送信する消費電力送信部をさらに含む。電気機器は、外部からの所定の規格にしたがった指令に応答して自己の状態を変化させることが可能であってもよい。電力規制装置は、タイマによる計時に同期して、周期の各々について、オン許可期間の最初に電気機器がオンし、オン許可期間の最後に電気機器がオフの状態となるように、所定の規格にしたがって電気機器に指令を送信する指令送信部を含む。【００３７】
電力規制装置は、タイマによる計時に同期して、周期の各々について、オン許可期間の最初にオンし、オン許可期間の最後にオフする、電気機器への電力供給線内に設けられたスイッチを含んでいてもよい。【００３８】
本発明の第８の局面に係る電力制御装置は、自己の動作の結果を反映して変化しうる環境状況を検知し、当該環境情報が所定の条件を充足するように動作する機能を持つ電気機器と接続されて用いられ、電気機器の消費電力を制御するための電力制御装置である。この電力制御装置は、電気機器に電力を供給する電力線に関連して、当該電力線を介して電気機器に供給される電力を検知可能なように設けられた電力センサと、所定の基準時間と同期するタイマと、電力センサの出力を定期的に所定の中央管理装置に送信し、中央管理装置からの指令を受信する通信装置とを含む。指令は、電気機器の動作の周期を特定する周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で制御対象物をオンさせることが許可されるオン許可期間情報とを含む。電力制御装置はさらに、中央管理装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、各周期ごとに、オン許可期間情報により特定される期間内では電気機器への電力供給を行ない、それ以外の期間では電気機器への電力供給を遮断する供給電力スイッチを含む。【００３９】
好ましくは、電力制御装置は、電源供給のためのコンセントに挿入されるプラグ部と、電気機器のプラグが挿入されるコンセント部と、プラグ部及びコンセント部の間を接続する１対の電灯線とをさらに含む。供給電力スイッチは、１対の電灯線の内いずれかに挿入されたリレーと、中央管理装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、各周期ごとに、オン許可期間情報により特定される期間内ではリレーがオンし、それ以外の期間ではリレーがオフするようにリレーを制御するリレー制御装置とを含む。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、複数の電気機器が、互いに連携して動作可能になり、他の電気機器の電力消費を勘案し、電力消費が個々の電気機器によりばらばらにされる場合に生ずる不都合を回避することが可能になる。例えば、消費電力を分散し、複数の電気機器の電力供給許可期間が重複する場合と比較して合計消費電力を小さくでき、消費電力を平準化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施の形態に係る家庭内ネットワークシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】ある電気機器の消費電力例を示すグラフである。
【図３】第１の実施の形態に係る家庭内ネットワークシステムを構成する電気機器（電気ヒータ）の機能的構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態における、中央管理装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態において、電気機器（電気ヒータ）の周期及び目標温度によるその変化を説明するための図である。
【図６】第１の実施の形態において、電気機器（電気ヒータ）の位相を説明するための図である。
【図７】第１の実施の形態において、電気機器（電気ヒータ）の制御信号のデューティ比を説明するための図である。
【図８】第１の実施の形態において、タイミング調整、電気機器のデューティ比が０．５８の場合の、各機器の消費電力及び合計消費電力の関係を説明するための図である。
【図９】第１の実施の形態において、電気機器のデューティ比が０．２６の場合の、機器（１）−機器（３）の消費電力の変化と、それらの合計の消費電力の変化とを示すグラフである。
【図１０】第１の実施の形態において、電気機器の周期の調整方法を説明するための模式的グラフである。
【図１１】目標周期の候補を表形式で示す図である。
【図１２】第１の実施の形態において、電気機器（電気ヒータ）と中央管理装置と間のプロトコルを示す図である。
【図１３】（ａ）は電気機器（電気ヒータ）から中央管理装置へ通知される内容を示す図であり、（ｂ）は中央管理装置から電気機器（電気ヒータ）へ送信される指令内容を示す図である。
【図１４】第１の実施の形態における、現在時刻がオン許可期間中かどうかを判定する方法を説明するための図である。
【図１５】従来技術における、電気機器（電気ヒータ）の内部状態の遷移を示す状態遷移図である。
【図１６】第１の実施の形態における、電気機器（電気ヒータ）の内部状態の遷移を示す状態遷移図である。
【図１７】オンすべきタイミングが来たか動かに関する判定方法を説明するための図である。
【図１８】「指令に反してまでオン継続すべき」か否かに関する判定方法を説明するための図である。
【図１９】第１の実施の形態に係るシステムを構成する電気機器において、スイッチが操作されたときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２０】第１の実施の形態に係るシステムを構成する電気機器において、定期的に実行されるヒータ制御のためのコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２１】図２０に示す電気機器において、STATE＝１のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２２】図２０に示す電気機器において、STATE＝２のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２３】図２０に示す電気機器において、STATE＝３のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２４】図２０に示す電気機器において、STATE＝４のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２５】図２０に示す電気機器において、STATE＝５のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２６】電気機器からの通知を検出したときに中央管理装置が実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２７】第１の実施の形態における、中央管理装置のフローチャートである。
【図２８】第１の実施の形態における、中央管理装置のテーブルである。
【図２９】第１の実施の形態における、中央管理装置の割り当て方法の一例を示す図である。
【図３０】第１の実施の形態における、コンピュータ・シミュレーションの結果（デューティ比０．３２の機器を３台動作）を示す図である。
【図３１】第１の実施の形態における、コンピュータ・シミュレーションの結果（デューティ比０．６５の機器を３台動作）を示す図である。
【図３２】第２の実施の形態における、電気機器（電気ヒータ）から中央管理装置へ通知される内容を表形式で示す図である。
【図３３】第２の実施の形態における、消費電力がそれぞれ異なる場合の例を示す図である。
【図３４】第２の実施の形態における、中央管理装置の割り当て方法の一例を説明するための図である。
【図３５】第２の実施の形態における、中央管理装置の割り当て方法の一例を説明するための図である。
【図３６】あるエアコンの消費電力の推移を示すグラフである。
【図３７】第４の実施の形態における、集合住宅におけるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
【図３８】電気機器の動作周期を中央管理装置で算出するプログラムのフローチャートである。
【図３９】本発明の第５の実施の形態における家庭内ネットワークシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図４０】第５の実施の形態で用いられる、機器制御機能付の消費電力測定器の外観を示す図である。
【図４１】図４０に示す消費電力測定器の背面側の外観を示す図である。
【図４２】図４０及び図４１に示す消費電力測定器のブロック図である。
【図４３】機器制御機能付の消費電力測定器の別の例を示すブロック図である。
【図４４】本発明の第６の実施の形態で用いられる、電源スイッチング機能付の消費電力測定器のブロック図である。
【図４５】図４４に示す消費電力測定器において、中央制御機器から周期及びオン許可期間を含む指示を受信したときに実行されるプログラムのフローチャートである。
【図４６】第７の実施の形態において使用される、リモートコントローラ機能付の消費電力測定器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るシステムについて説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの機能も同一である。従ってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００４３】
［基本的考え方］
図２に、ある電気機器の消費電力例を示す。ここでは、電気機器の例として、ヒータの温度制御を行なう機器を考える。ここでは、説明を分かりやすくするため、オン／オフの２値でヒータを制御するものとする。
【００４４】
図２から判断できるように、電気機器は目標温度が与えられると以下のように動作する。温度センサによって温度を観測する。以下、観測される温度を「センサ温度」と呼ぶ。センサ温度が目標温度を下回っていればヒータ通電をオンにする。ヒータ通電をオンにするとセンサ温度が上昇する。センサ温度が目標温度に到達すると、ヒータ通電をオフにする。ヒータ通電をオフにすると、センサ温度が低下する。センサ温度が、目標温度の下限に到達すると、再びヒータ通電をオンにする。以降、センサ温度が目標温度を中心とした所定の範囲（以下、この範囲を「目標温度の範囲」と呼ぶ。）内に留まるように、ヒータ通電のオンとオフを繰返す。以下の説明では、この繰返し状態のことを、定常状態１５２と呼ぶこととする。スイッチが入れられてから定常状態になるまでを過渡状態１５０と呼ぶ。
【００４５】
いったん定常状態１５２に入ると、センサ温度が目標温度の範囲内に収まっている限り、ヒータ通電のオンとオフのタイミングを多少前後させても、差し支えないはずである。つまり、そのような通電は電気機器の本来の使い方に沿ったものである。
【００４６】
このような電気機器が複数ある場合を想定する。それぞれの電気機器が個別に動作していると、それらのピーク電力を抑えることはできない。しかし、それぞれの電気機器のオンとオフとのタイミングをある考え方にしたがい協調動作させると、ピーク電力を抑えることができる。例えば、ある電気機器を３台動作させているとき、３台とも同時にヒータ通電オンになることを防ぐことができる。
【００４７】
家庭内には、さまざまな電気機器が存在するので、これら協調動作する電気機器とは別の電気機器をオンした直後に、ブレーカが落ちるような条件が発生してしまうかもしれない。しかし、協調動作可能な電気機器の間でなるべく使用電力を平準化させておけば、他の電気機器をオンした直後にブレーカが落ちてしまう、という危険性を減らすことできる。
【００４８】
なお、以下の実施の形態では、電気機器として比較的消費電力量の大きなヒータを想定する。しかし本発明が電気ヒータのみに適用可能なものでないことは明らかである。電気を消費する機器全てを本発明の制御対象とすることができる。
【００４９】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態では、電気機器がヒータであり、温度制御（オン／オフ制御）する機器でることを想定する。さらに、説明を理解容易なものとするために、それら同種の電気機器が複数個あって、それぞれの電気機器が同じ電力量を消費するものと仮定する。
【００５０】
〈家庭内ネットワークシステム〉
図１を参照して、本本発明の第１の実施の形態に係る家庭内ネットワークシステムは、分電盤１０２、ルータ１０３、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、及び洗濯乾燥機１１３等と、これら電気機器を協調動作させる制御を行なうための中央管理装置１０１とを含む。エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、洗濯乾燥機１１３は、家庭内の一般的な電気機器を例示したものであって、これらに限るものではない。電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、及び洗濯乾燥機１１３は、いずれも分電盤１０２の電灯線から電源をとっている。
【００５１】
エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、及び洗濯乾燥機１１３及び中央管理装置１０１は、それぞれ通信インタフェース（以下「インタフェース」を単に「Ｉ／Ｆ」と呼ぶ。）１２２，１２４，１２６，１２８及び１２０を持つ。エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、及び洗濯乾燥機１１３と中央管理装置１０１とは、互いにこれら通信Ｉ／Ｆを介して通信できる。もちろん、通信Ｉ／Ｆを介した通信では、送信と受信との双方を行なうことができる。以下に説明する実施の形態の各プログラムにおいて「通知」とあれば、それは送信側の装置から見れば通信Ｉ／Ｆを介した送信動作であり、受信側の装置から見れば受信動作である。
【００５２】
通信Ｉ／Ｆの具体例として、以下が考えられる。すなわち、無線通信については、ＺｉｇＢｅｅ（ＩＥＥＥ８０２．１５．４）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、特定小電力無線、赤外線通信、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１）等がある。有線通信については、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、ＲＳ−４８５、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等がある。ＰＬＣに関して言えば、高速（〜２００Ｍｂｐｓ程度）のものと低速（数１０ｋｂｐｓ程度）のものがある。本発明の用途ならば低速のものでよい。例えば、ＨｏｍｅＰｌｕｇ  Ｃｏｍｍａｎｄ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＨｏｍｅＰｌｕｇ  Ｃ＆Ｃ）という規格を用いる。ＰＬＣは、新しい配線を用意しなくて済むので、本発明の用途には好都合である。通信Ｉ／Ｆは、無線と有線を組合せたハイブリッド型の通信路であってもよい。
【００５３】
通信Ｉ／Ｆは上記に限らず、中央管理装置１０１と家庭内の電気機器とが通信できるものであればどのようなものでもよい。なお、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、及び洗濯乾燥機１１３の間で直接通信する機能は必要ではない。
【００５４】
中央管理装置１０１は、通信Ｉ／Ｆ１２０を経由して、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、及び洗濯乾燥機１１３と通信できるものとする。中央管理装置１０１は、通信Ｉ／Ｆ１２０における、中央装置（コーディネーター）の役割を持つものとする。また、中央管理装置１０１は、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、及び洗濯乾燥機１１３の状態を取得し、簡単な制御ができるようになっていてもよい。
【００５５】
中央管理装置１０１は、高速通信Ｉ／Ｆで接続されたルータ１０３を経由して、ＩＰ網１０４に接続できるようになっていてもよい。ＩＰ網１０４と接続されていれば、遠隔地からエアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２、及び洗濯乾燥機１１３の状態を取得し、簡単な制御ができるようになるという可能性が広がる。
【００５６】
〈電気ヒータ１１１〉
以下の説明では、中央管理装置１０１により制御される電気機器として、電気ヒータ１１１を例にその構造を説明する。
【００５７】
図３を参照して、電気ヒータ１１１は、電気機器制御部３０１、通信Ｉ／Ｆ３０２、入力部３０３、温度を測定するセンサ部３０４、表示部３０５、及びタイマ３０６を含む。電気ヒータ１１１はさらに、状態遷移を管理する状態管理部３０８、タイマ３０６に接続された時刻同期部３０７、及び制御対象物３１０を制御するコントローラ３０９を含む。
【００５８】
電気機器制御部３０１は、具体的にはＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）内蔵の１チップマイコン（組込用途のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ））であり、プログラムに基づいて電気機器全体を制御する機能を持つ。
【００５９】
通信Ｉ／Ｆ３０２は、具体的にはＺｉｇＢｅｅ等の通信モジュールである。電気機器制御部３０１は、通信Ｉ／Ｆ３０２を経由して、中央管理装置１０１と通信する。
【００６０】
入力部３０３は、具体的には電源スイッチ及びボタン等の入力デバイスである。入力部３０３は、電気ヒータ１１１の電源をオン／オフしたり、目標温度を入力したりするために使われる。
【００６１】
センサ部３０４は、具体的には温度センサ等である。センサ部３０４は、現在の温度を測定して、電気機器制御部３０１に対して温度の測定結果を与える。この温度測定結果は、ヒータの動作結果を反映したものとなり、電気機器制御部３０１によりヒータの制御のために使われる。
【００６２】
表示部３０５は、具体的には液晶又はＬＥＤ等のからなる表示デバイスである。表示部３０５は、電気ヒータ１１１の電源状態、目標温度、及び現在の温度等を表示するために使われる。
【００６３】
タイマ３０６は、具体的には水晶発振器等である。タイマ３０６は、時刻同期及び電気機器制御部３０１の制御のために使われる。
【００６４】
時刻同期部３０７は、具体的には１チップマイコンで動作するプログラムである。時刻同期部３０７は中央管理装置１０１との間での、タイマの時刻同期のクライアント機能を持つ。後述するようなオン許可期間の開始時刻及び終了時刻は、各周期の先頭を０とするタイマの計時により定められる。
【００６５】
電気機器制御部３０１は、通信Ｉ／Ｆ３０２を経由して、中央管理装置１０１とパケットの送受信を行ない、時刻合わせ処理を行なう。すなわち、電気機器制御部３０１と中央管理装置１０１とは共通の時刻を持つ。時刻合わせ処理については、例えば、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等の従来技術を利用すればよい。
【００６６】
状態管理部３０８は、具体的には１チップマイコンに内蔵された記憶装置である。状態管理部３０８は電気ヒータ１１１の状態を記憶する。電気機器制御部３０１は、電気ヒータ１１１の内部状態を状態管理部３０８に記憶する。電気ヒータ１１１の内部状態として状態管理部３０８が記憶する情報は、電気機器制御部３０１がコントローラ３０９に出力した指示の内容と、そのタイミングとの履歴情報を含む。履歴情報があれば、電気機器制御部３０１は電気ヒータ１１１が過渡状態であるか、定常状態であるかを判断できる。
【００６７】
電気機器制御部３０１は、電気機器の内部状態を中央管理装置１０１へ送信する。すなわち、電気機器制御部３０１は、内部状態を中央管理装置１０１へ送信する送信装置としても機能する。また、電気機器制御部３０１は、中央管理装置１０１から動作タイミング指令を受信し、状態管理部３０８に記憶する。すなわち電気機器制御部３０１は、受信装置としても機能する。動作タイミング指令とは、電気ヒータ１１１においてヒータを導通させるタイミングを特定する指令である。動作タイミング指令は、周期と、オン動作を許可する期間の開始時刻及び終了時刻とを含む。
【００６８】
コントローラ３０９は、具体的にはリレー等である。コントローラ３０９は、電気機器制御部３０１からの出力にしたがい、制御対象物３１０の通電を制御する機能を持つ。
【００６９】
電気機器制御部３０１は、入力部３０３により入力された目標温度と、センサ部３０４により取得した現在の温度と、状態管理部３０８に記憶されている動作タイミング指令とに基づいてコントローラ３０９に出力を与える。
【００７０】
制御対象物３１０は、電気ヒータ１１１の場合には、具体的にはヒータ又は金属抵抗発熱体等である。制御対象物３１０は、電力供給を受けて発熱する。
【００７１】
本実施の形態において中央管理装置１０１により制御される電気ヒータ１１１は、上記した説明からもわかるとおり、通信Ｉ／Ｆ３０２、時刻同期部３０７、及び状態管理部３０８を除けば、一般的な電気ヒータの構成と同様の構成を持つ。
【００７２】
〈中央管理装置１０１〉
図４を参照して、本実施の形態に係る中央管理装置１０１は、中央管理装置制御部４０１、通信Ｉ／Ｆ４０２、タイマ４０３、時刻同期部４０４、及びテーブル記憶部４０５を含む。
【００７３】
中央管理装置制御部４０１は、具体的にはＲＯＭ及びＲＡＭを内蔵したＣＰＵモジュールである。中央管理装置制御部４０１は、プログラムに基づいて中央管理装置１０１の全体を制御するものである。
【００７４】
通信Ｉ／Ｆ４０２は、具体的にはＺｉｇＢｅｅ等の通信モジュールである。中央管理装置制御部４０１は、通信Ｉ／Ｆ４０２を経由して、電気ヒータ１１１等の電気機器と通信する。すなわち、中央管理装置制御部４０１は、送信装置及び受信装置としての機能を持つ。
【００７５】
タイマ４０３は、具体的には水晶発振器等である。タイマ４０３は、時刻同期、及び中央管理装置制御部４０１の制御のために使われる。
【００７６】
時刻同期部４０４は、具体的にはＣＰＵで動作するプログラムである。時刻同期部４０４は、時刻同期のサーバー機能を持つ。すなわち時刻同期部４０４は、中央管理装置１０１が持つ時刻を、中央管理装置１０１より管理される各電気機器へ通知する機能を持つ。時刻同期部４０４は同時に、時刻同期のクライアント機能を持っていてもよい。すなわち時刻同期部４０４は、ＩＰ網１０４（図４には図示しない。）を経由して、外部の時刻サーバー（ＮＴＰサーバー）と接続し、当該時刻サーバーとの間で時刻同期をすることができる。この結果、このネットワークに接続されている全電気機器及び中央管理装置１０１が、いずれも所定の基準時間と同期して動作することになる。
【００７７】
テーブル記憶部４０５は、具体的にはＣＰＵモジュールに内蔵された記憶装置である。テーブル記憶部４０５は、電気ヒータ１１１等の電気機器から受信した情報と、これら電気機器に送信する情報等を記憶する。
【００７８】
図４には図示していないが、本実施の形態における中央管理装置１０１は、これ以外に、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等の高速通信Ｉ／Ｆ、タッチパネル・コントローラ、又は液晶コントローラを備えていてもよい。高速通信Ｉ／Ｆがあれば、中央管理装置１０１は、家庭内のルータ１０３を介してＩＰ網１０４に接続できる。
【００７９】
本実施の形態では、中央管理装置１０１は単体で存在することを想定している。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。すなわち、電気機器のいずれかが中央管理装置１０１としての役割を持つようにしてもよい。電気機器が、中央管理装置の機能を持つことはあり得る形態である。ただし、家庭内の通信ネットワーク上においては、中央管理装置として機能する装置は１台だけである。
【００８０】
一般的なパソコンを中央管理装置１０１として使用してもよい。又は家庭内にＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）コントローラが存在していれば、当該ＨＥＭＳコントローラを中央管理装置１０１として機能させてもよい。
【００８１】
〈電気ヒータの制御方法〉
基本的な電気ヒータの制御方法については、図２に示した通りである。この制御方法においては、ヒータ通電のオンとオフとのタイミングを周期と位相という概念で捉えることができる。すなわち、ヒータ通電のオン期間とそのオン期間と隣り合うオフ期間とを合計した期間を電気ヒータ１１１のヒータ通電の１周期とする。位相については、様々な時点を基準にとることができる。例えば、ヒータ通電を開始した瞬間（ヒータ通電の開始時）を位相０と考えることができる。ヒータのオンとオフとのタイミングを変えるということは、ヒータ通電の周期と位相とを変えることに相当する。
【００８２】
図５を参照して、電気ヒータの周期と位相との関係について説明する。図５（Ａ）は、目標温度を２５℃±０．５℃に設定した時の、ヒータ通電時間と室温とに関するシミュレーション結果である。図５（Ｂ）は、目標温度を２５℃±１．０℃に設定した時の同様のシミュレーション結果である。図５（Ｃ）は、目標温度を２５℃±１．５℃に設定した時の同様のシミュレーション結果である。
【００８３】
図５（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照すると、いずれの場合もスイッチがオンとなった当初は室温は低い。しかしヒータ通電を続けてある程度の時間がたつと室温は目標温度近くになる。するとヒータ通電はオンとオフとを一定の周期で繰返すようになる。これが定常状態である。これに対し最初にスイッチオンされた時点から定常状態となるまでの状態は過渡的なものである。この状態を過渡状態と呼ぶ。図５（Ａ）−（Ｃ）から、目標温度の範囲を調整することで、定常状態になったときのヒータ通電のオンとオフとの周期が変わることがわかる。周期を長くしたい場合は、目標温度の範囲を広げるのがよい。逆に、周期を短くしたい場合は、目標温度の範囲を狭めるのがよい。一般的に言えば、目標温度の範囲を調整することで、周期を変えることができる。しかし、周期をどこまで変更できるかについては、ハードウェアの特性及びユーザの要求によっても異なる。したがって可能な周期の範囲は実装依存となる。
【００８４】
図６を参照して、電気機器（電気ヒータ）の位相について説明する。先ほど述べたように、ヒータ通電オンを開始した瞬間を位相０と考えることができる。図６から容易に分かるように、室温が目標温度の範囲内に収まっている限り、ヒータ通電をオンするタイミング、オフするタイミングを早めることは可能である。
【００８５】
図６（Ｂ）を参照して、ヒータ通電がオンになっている期間をＴｏｎ、オフになっている期間をＴｏｆｆとする。すると周期はＴｏｎ＋Ｔｏｆｆと表すことができる。ヒータ通電を制御する信号のデューティ比は、１周期におけるオン期間の割合なので、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）で表せる。図６（Ｂ）に示すようにある電気機器のオン期間とオフ期間とを波形で表したときに算出されるこのデューティ比を、本明細書ではその電気機器のディーティ比と呼ぶ。
【００８６】
図７を参照して、目標温度の範囲を変化させたときの、電気機器のデューティ比について考察する。図７（Ａ）に、目標温度の上限を２種類設定した場合の、センサ温度の時間経過の例を示す。実線が第１の目標温度上限で、点線が第２の目標温度上限である（ただし第１の目標温度上限＜第２の目標温度上限である。）。図７（Ａ）に示すとおり、目標温度上限が低い（目標温度幅が狭い）ときのセンサ温度４２０は、目標温度上限が高い（目標温度幅が広い）ときのセンサ温度４２２より早く上限に達する。そのため、ヒータ通電は早い時期にオフし、センサ温度が低下し始める。
【００８７】
図７（Ｂ）と図７（Ｃ）とは、それぞれ、第１の目標温度上限と第２の目標温度上限とが設定されたときのヒータ制御４３０及び４３２を示す。これらから分かるように一般的には、センサ温度が目標温度上限に到達するまでヒータ通電オンを継続し、目標温度上限に到達するとそれ以降はヒータ通電オフにする。
【００８８】
温度上昇のスピード（傾斜）と温度下降のスピード（傾斜）とがほぼ変わらないとすると、図７（Ａ）から明らかなように、２つの山は相似な三角形となる。つまり、目標温度の範囲を少しだけ変えても、デューティ比はほぼ変わらない、と考えてよい。
【００８９】
さて、ここで、複数の電気機器のオン／オフ・タイミングをどのように調整すると、どのようにピーク電力がおさえられるかを考察する。どれだけピーク電力がおさえられるかは、それぞれの電気機器のデューティ比に依存する。
【００９０】
図８に、デューティ比が０．５８の電気機器が３台ある場合を説明する。図８（Ａ）、図８（Ｂ）、及び図８（Ｃ）はそれぞれ、機器（１）、機器（２）、及び機器（３）の通電のオン／オフ・タイミングの例を示す。この例では、具体的には、機器（１）がオフになった直後（時刻４５２、４５６、４６０等）に機器（２）がオンとなるように、また、機器（２）がオフになった直後（時刻４５０，４５４，４５８等）に機器（３）がオンとなるように、それぞれのオン／オフ・タイミングを調整する。すると、機器（１）〜機器（３）の合計消費電力は、図８（Ｄ）に示すようになる。図８（Ｄ）から明らかなように、この例では、どの時刻にも少なくとも１台の機器はオンになっている。２台が同時にオンになる期間も生じている。しかし、同時に３台とも同時にオンすることはない。
【００９１】
図８に示す例では、機器（１）‐機器（３）のデューティ比の合計は、０．５８＋０．５８＋０．５８＝１．７４である。一般的に、制御される電気機器のデューティ比の合計が１を超えると、２台とも同時にオンになる期間が生じる。また、デューティ比の合計が２以下ならば、３台とも同時にオンになる期間を避けることができる。
【００９２】
図９に、デューティ比が０．２６の電気機器が３台ある場合を示す。図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）はそれぞれ、機器（１）、機器（２）、及び機器（３）のオン／オフ・タイミングを示す。この例では、具体的には、機器１がオフになると（時刻４８６等）直後に機器２がオンとなるように、また、機器２がオフになると（時刻４８０，４８８等）直後に機器３がオンとなるように、各機器のオン／オフ・タイミングを調整する。すると、機器（１）‐機器（３）の合計消費電力は、図９（Ｄ）に示すようになる。図９（Ｄ）から明らかなように、この例では２台が同時にオンになることはない。時刻４８２から時刻４８４の間等のように、機器が１台もオンしていない期間も生じる。
【００９３】
この例では、デューティ比の合計は、０．２６＋０．２６＋０．２６＝０．７８である。一般的に、デューティ比の合計が１以下であれば、２台とも同時にオンになる期間の発生を避けることができる。
【００９４】
以上の考察を一般化すると、機器がＮ台あって、それぞれの機器のデューティ比をｄｉ（ｉ＝０…Ｎ−１）として、
【００９５】
【数１】
2011162405.tif 000003
となる正整数Ｍがあれば、Ｍ台が同時にオンになる期間はあるが、Ｍ＋１台が同時にオンになる期間が生じることはを避けることができる。
【００９６】
各機器を動作させるタイミングについては、機器に順番を設けて、機器（ｋ）がオフになると直後に機器（ｋ＋１）がオンとなるようにタイミングを調整すればよい（ｋ＝１・・・Ｎ）。
【００９７】
次に消費電力について考察する。電気機器（電気ヒータ）の、ヒータ通電オフ時の消費電力をＰｏｆｆ、ヒータ通電オン時の消費電力をＰｏｎとする。この電気機器がＮ台あり、定常状態でその内Ｍ台がオン、Ｎ−Ｍ台がオフのとき、全体の消費電力は、以下の式（２）で表せる。
【００９８】
【数２】
2011162405.tif 000004
具体例を１つ挙げる。デューティ比０．５８、モータ制御オフ時の消費電力が２Ｗ、ヒータ通電オン時の消費電力が８００Ｗの機器を５台動作させているものとする。デューティ比の合計は０．５８＊５＝２．９≦３である。したがって、同時にヒータ通電オンする機器は３台までに抑えられる。すなわち、消費電力を３＊８００Ｗ＋（５−３）＊２Ｗ＝２４０４Ｗに抑えられる。
【００９９】
これに対し、それぞれの機器を独立して動作させると、５台が全てオンとなることがあり得る。すなわち、ピークの消費電力が５＊８００Ｗ＝４０００Ｗとなる可能性がある。
【０１００】
さて、上記の考察は、電気機器の周期が一致していることを前提としている。周期が異なる電気機器を組合せて協調動作させることはできないからである。従って、本実施の形態において制御される電気機器は、定常状態における周期を調整できる能力を持つものとする。
【０１０１】
図１０に、電気機器の周期の調整方法を示す。周期は、先程述べたように、目標温度の範囲を狭めたり、または、広げたりすることで調整できる。図１０を参照して、ヒータ通電のオフ→オン→オフするタイミングをそれぞれｔ１→ｔ２→ｔ３とする。目標温度をtarget_temp、目標温度に対する許容誤差をdiff_temp（＞０）で表す。すると、次の式（３）が目標温度の範囲である。
【０１０２】
【数３】
2011162405.tif 000005
図１０を参照して、時刻ｔ３（センサ温度のグラフで              点５００）で、それまでの周期（＝ｔ３−ｔ１）が分かる。したがって、目標周期（Ｔｐとする）が与えられたとき、このタイミングで周期を調整すべきかどうかを判断する。具体例としては、周期が目標周期Ｔｐと比べて例えば３％以上ずれていれば、周期を調整すべきであると判断する。このとき、目標温度の範囲diff_tempを次の式により新たな範囲new_diff_temp（＞０）とすることで周期を調整する。
【０１０３】
【数４】
2011162405.tif 000006
式（４）からわかるように、周期を長くする場合は、新しい許容誤差（new_diff_temp）を従来の許容誤差（diff_temp）より大きくする。周期を短くする場合は、新しい許容誤差（new_diff_temp）を従来の許容誤差（diff_temp）より小さくする。
【０１０４】
図１０に示す時刻ｔ３で、許容誤差を変更して、従来通りの制御を行なう。この操作により周期が変化する。その後のヒータ通電のオフ→オン→オフするタイミングをそれぞれｔ１’→ｔ２’→ｔ３’とする。ここで時刻ｔ２’及びｔ３’はそれぞれ、センサ温度が許容範囲の下限及び上限に達した時点（センサ温度のグラフの点５０２及び５０４で表される）である。これに対し時刻ｔ１’は、時刻ｔ３から次の式（５）又は（６）により求められるものであり、図１０では、点５０２から点５００への線分を延長し、新たな上限温度と交わる点５０６に対応する時刻である。時刻ｔ１’を時刻ｔ３と同じにしてはいけない。
【０１０５】
【数５】
2011162405.tif 000007
このようにして時刻ｔ１′を算出することは、新しい許容誤差に基づいて新たな周期を正しく測定するために必要である。
【０１０６】
図１０を参照して、時刻ｔ３’で、再度、周期（＝ｔ３’−ｔ１’）と目標周期を比べる。周期が目標周期に十分近づいたと判断されるまで上記処理を繰返す。
【０１０７】
目標周期をどのような値に設定するかは、電気機器によっても異なる。しかし、いくつかの候補の中から選べるようにしておくのが良い。図１１に目標周期の候補を示す。各電気機器は図１１のような候補の中から最適な目標周期を選択するものとする。具体的には、各電気機器が自然に動作したときの周期に近い値を目標周期に選ぶ。又は、電気機器によっては、目標周期をあらかじめ定義していても良い。
【０１０８】
図１２に、電気機器と中央管理装置１０１との間の通信のプロトコルを示す。ここでは、中央管理装置１０１により制御される電気機器として電気機器５４０及び５４２を考える。
【０１０９】
本実施の形態では、電気機器５４０及び５４２は、定常状態における周期が目標周期に十分近づいた場合、その周期と定常状態の維持に必要なオン期間とを中央管理装置１０１へ通知する（通知５６０、５８０及び６００）。
【０１１０】
中央管理装置１０１は、電気機器５４０及び５４２から通知を受けると、テーブルを更新する（ボックス５６２、５８２及び６０２）。テーブルには、各電気機器の識別番号と、周期及び必要なオン期間とが格納される。
【０１１１】
中央管理装置１０１は、周期が一致している電気機器を対象に、それらの電気機器の動作するタイミングを決定する。ここでは、電気機器５４０と５４２との周期が一致しているものとする。中央管理装置１０１は、各電気機器５４０及び５４２に対して、動作タイミングの指令を送信する（通知５６４、５８４、６０４及び６０６）。動作タイミングの指令は、周期と、オン動作を許可する期間の開始時刻及び終了時刻とを含む。テーブルには、さらに、中央管理装置１０１が過去に送信した動作タイミングの指令も含めておく。過去に送信したのと同じ内容の動作タイミングの指令であれば、再度同じ電気機器に送信する必要はないためである。
【０１１２】
電気機器５４０及び５４２は、動作タイミングの指令を受信すると、その指令を参考にして動作を決定する。各電器機器は、指令により定められるオン動作許可期間内にオン動作し、オン許可期間外にはオフ動作することが望ましい。ただし、センサ温度を目標温度の範囲内に維持することを優先するため、指令に従わないこともある。なお、オン動作許可期間とは、すなわちヒータに対する通電が許可された期間のことである。
【０１１３】
図１３（Ａ）を参照して、電気機器（電気ヒータ）から中央管理装置への通知は、状態（status）、周期（period_msec）、及びオンを要求する時間（on_required_msec）を含む。
【０１１４】
図１３（Ｂ）を参照して、中央管理装置から電気機器（電気ヒータ）へ送信される指令は、周期（period_msec）、オンを許可する開始時間（on_start_msec）、及びオンを許可する終了時間（on_end_msec）、を含む。
【０１１５】
オンを許可する開始時間（on_start_msec）とオンを許可する終了時間（on_end_msec）は、周期の中の相対時間で表される。例えば、周期（period_msec）を１分、オン許可開始時間（on_start_msec）が１０秒、オン許可終了時間（on_end_msec）が３５秒、という設定は、毎分１０秒から３５秒までの間はオン許可されることを意味する。
【０１１６】
on_start_msec＞on_end_msecである場合もある。例えば、オン許可開始時間（on_start_msec）が４５秒、オン許可終了時間（on_end_msec）が１０秒、のように設定されている場合を想定する。この場合、毎分４５秒から次の分の１０秒までの間は、オン許可されることを意味する。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、中央管理装置１０１から電気機器（電気ヒータ）へ送信される指令の内、周期（period_msec）と、オンを許可する終了時間（on_end_msec）は省略してもよい。なぜなら、電気機器（電気ヒータ）は、周期（period_msec）を既に知っているし、また、オンを許可する終了時間（on_end_msec）を計算できるからである。
【０１１８】
オンを許可する終了時間（on_end_msec）は、次式で計算できる。
【０１１９】
【数６】
2011162405.tif 000008
なお本明細書では、式中の記号「％」は剰余を求める演算子である。例えば「ａ％ｂ」はａをｂで割った余りを意味する。
【０１２０】
中央管理装置１０１と、各電気機器との間では、共通の時刻があることが前提である。この共通時刻の管理は、時刻同期部３０７によって行なわれる。例えば電気ヒータ１１１の電気機器制御部３０１は、時刻同期部３０７から現在時刻を取得する。
【０１２１】
電気機器は、現在時刻が与えられたとき、その時刻が周期のどこに位置するかをつぎのように判定する。
【０１２２】
現在時刻をｈ時ｍ分ｓ秒ｍｉｌｌｉミリ秒とする。１日周期のミリ秒単位時間（ｎｔ）は次の式（７）により表され、この時間ｎｔを周期で割った余り（ｎｔ＿ｍｓｅｃ）が、周期中の相対的な現在時刻となる。
【０１２３】
【数７】
2011162405.tif 000009
現在時刻がオン許可期間中かどうかを判定する方法を説明する。ここでは、オン許可開始時間と、オン許可終了時間の位置関係によって、２通りあることに注意する。
【０１２４】
図１４（Ａ）を参照して、on_start_msec＜on_end_msecの場合、次の式が成立すればオン許可期間中であると判定され、それで無ければオン許可期間外と判定される。
【０１２５】
【数８】
2011162405.tif 000010
ただし、演算子「＆＆」は論理積を意味する。オン許可期間中ならば、オン期間の残り時間（on_remain）も次の式（９）により求める。オン期間外ならば、次にオンになるまでの時間（on_expect）を次の式（１０）により求める。
【０１２６】
【数９】
2011162405.tif 000011
図１４（Ｂ）を参照して、on_start_msec＞on_end_msecの場合、次の条件が成立すればオン許可期間中、さもなければオン期間外と判定される。
【０１２７】
【数１０】
2011162405.tif 000012
ただし、演算子「｜｜」は論理和を意味する。オン許可期間中ならば、オン期間の残り時間（on_remain）次の式（１１）により求める。オン許可期間外ならば、次にオンになるまでの時間（on_expect）を次の式（１２）により求める。
【０１２８】
【数１１】
2011162405.tif 000013
図１５を参照して、本実施の形態と比較するために、従来技術における電気機器（電気ヒータ）の内部状態の遷移図を示す。従来の電気機器の内部状態には、停止状態６２０、ヒータ通電オン状態６２２、及びヒータ通電オフ状態６２４の３つがある。初期値は停止状態である。本明細書及び図面中で電気機器の内部状態を表すために状態変数STATEを用いる。状態変数STATEの値は内部状態により変化する。
【０１２９】
図１５を参照して、停止状態６２０（STATE＝０）の時に、スイッチオンされれば、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態６２２（STATE＝１）に移行する。ヒータ通電オン状態６２２で、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、ヒータ通電をオフにして、ヒータ通電オフ状態６２４（STATE＝２）に移行する。ヒータ通電オフ状態６２４でセンサ温度が目標温度下限を下回ったことを検出すると、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態６２２に移行する。ヒータ通電オン状態６２２またはヒータ通電オフ状態６２４の時に、スイッチオフされれば、ヒータ通電をオフにして、停止状態６２０（STATE＝０）に移行する。
【０１３０】
図１６に、本実施の形態に係る電気機器（電気ヒータ）の内部状態の状態遷移図を示す。ここでも、図１５の場合と同様の状態変数STATEを用いると、電気機器の内部状態としては、停止状態６５０（STATE＝０）、ヒータ通電オン状態Ａ６５２（STATE＝１）、ヒータ通電オフ状態Ａ６５４（STATE＝２）、ヒータ通電オン状態Ｂ６５６（STATE＝３）、ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８（STATE＝４）、及びヒータ通電オン状態Ｃ６６０（STATE＝５）の６つがある。
【０１３１】
これら状態の内、ヒータ通電オン状態Ａ６５２、ヒータ通電オフ状態Ａ６５４、及びヒータ通電オン状態Ｂ６５６は過渡状態とみなすことができる。ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８、及びヒータ通電オン状態Ｃ６６０は定常状態とみなすことができる。
【０１３２】
本実施の形態に係る電気機器の基本動作は、従来技術と同じである。さらに、本実施の形態に係る電気機器では、以下のような動作を行なう。
【０１３３】
ヒータ通電オン状態Ｂ６５６のときに、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、直前の周期が目標周期に十分近いかどうかを判定する。十分近ければヒータ通電オフ状態Ｂ６５８へ移行する。（パス２）そうでなければ、ヒータ通電オフ状態Ａ６５４へ戻る。（パス１）
【０１３４】
ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８の時に、センサ温度が目標温度下限を下回ったことを検出すると、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態Ｃ６６０に移行する。（パス３）
【０１３５】
ヒータ通電オン状態Ｃ６６０の時に、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、ヒータ通電をオフにして、ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８に移行する。（パス４）直前の周期が目標周期と十分近くなくなれば、ヒータ通電オフ状態Ａ６５４へ戻る。（パス５）
【０１３６】
実際には、パス３、パス４、及びパス５を経由するときの条件は、もう少し複雑である。中央管理装置１０１から動作タイミング指令が来るからである。詳細については、図１９から図２５までのフローチャートで説明する。
【０１３７】
図１７を参照して、ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８からヒータ通電オン状態Ｃ６６０への移行が起こる条件の一つである「オンすべきタイミングが来た」について説明する。説明を分かりやすくするために、現在は、ヒータ通電オフ状態であって、オン許可期間中であるとする。現在がオン許可期間中であるからと言って、必ずしもオンにしなければならないわけではない。本実施の形態では、温度が目標温度の上限を上回っていれば、常にヒータ通電をオフにする。センサ温度を目標温度の範囲内に収めることが、指令よりも優先されるからである。しかし、オン許可期間外にオンすることがないように、オン許可期間が終了するタイミングで、なるべく温度を高く維持しておくべきである。そこで、オン許可終了時間に、センサ温度が目標温度の上限近くなるように制御する。
【０１３８】
図１７（Ａ）を参照して、現在の状態を現在地点７００で示す。現在時刻は、図１７（Ａ）の下部に示すようにnt_msec（オン許可期間中）であり、このオン許可期間は時刻on_end_msec（オン期間終了時間）で終了するものとする。現在地点７００からヒータ通電オンを始めたと仮定したときに予測される、オン期間終了時間on_end_msecでの温度を温度予測７０２で示す。
【０１３９】
一般的に、将来（オン期間終了時間）における温度future_room_tempは以下の式（１３）で予測される。
【０１４０】
future_room_temp=room_temp+on_remain*up_rate  (13)
ただし、room_tempは現在のセンサ温度を示し、on_remainはオン期間の残り時間を示し、up_rateは温度上昇速度を示す。温度上昇速度up_rateは、過去の実績を基に算出しておく。
【０１４１】
予測温度future_room_tempが目標温度の上限以下であれば、現在地点７００はオンすべきタイミングであると判定する。こうすることで、オン許可期間の終了時刻の温度が目標温度の上限とほぼ一致するようにできる。この結果、オフ期間において温度が低下しても目標温度の下限を下回る可能性を低くできる。
【０１４２】
例えば、図１７（Ｂ）に示す例で、時刻７２０が図１７（Ａ）に示すオン許可期間内であるものとする。時刻７２０で予測される、オン期間の終了時点での将来温度は、目標温度上限ＴＴ（Ｈ）より高くなる。したがって時刻７２０ではオンすべきタイミングではなく、ヒータ通電オン状態Ｃ６６０への遷移は生じない。一方、図１７（Ｂ）の時刻７２２でオン終了時刻での温度を予測すると、時刻７２４で示されるように目標上限温度ＴＴ（Ｈ）以下となっている。したがって時刻７２２でヒータ通電オフ状態Ｂ６５８からヒータ通電オン状態Ｃ６６０への遷移が起こる。その結果、オン期間の終了時刻（on_end_msec）での温度は目標温度上限ＴＴ（Ｈ）以下となっているであろう。
【０１４３】
以上から、ヒータ通電のオン期間７２８は時刻７２２から時刻７２４までとなる。
【０１４４】
一方、ヒータ通電オン状態Ｃ６６０からヒータ通電オフ状態Ｂ６５８への遷移が生ずる条件の一つとして、「指令に反してまでオン継続すべき」という条件がある。以下、この条件の意味について図１８を参照しながら説明する。説明を分かりやすくするために、図１８（Ａ）に示す現在時点７５０では、ヒータ通電オン状態であって、かつオン許可期間外であるとする。現在がオン許可期間外であるからと言って、オンしてはいけないわけではない。本実施の形態では、温度が目標温度の下限を下回っていれば、常にヒータ通電をオンにする。センサ温度を目標温度の範囲内におさめることが、指令よりも優先されるからである。しかし、オン許可期間外にオンを継続するのは最小限にとどめておくべきである。そこで、次のオン許可開始時間まで、センサ温度が目標温度の下限を下回らないように、以下のような制御を行なう。
【０１４５】
図１８（Ａ）を参照して、現在地点Ａでヒータ通電オフしたと仮定したときの、次のオン許可期間７５６のオン許可開始時間における温度予測７５２（future_room_temp）を以下の式（１４）で予測する。
【０１４６】
future_room_temp=room_temp+on_expect*down_rate  (14)
ただし、room_tempは現在のセンサ温度を示し、on_expectは次にオンになるまでの時間を示し、down_rateは温度下降速度を示す。温度下降速度down_rateは、過去の実績を基に算出しておく。
【０１４７】
電気ヒータ１１１の電気機器制御部３０１は、図１８（Ａ）に示される温度予測７５２future_room_tempが目標温度の下限以下であれば、指令に反してまでオン継続すべき、と判定する。そうでなければ電気機器制御部３０１はオンを継続すべきではないと判定する。
【０１４８】
具体的には、図１８（Ｂ）に示すように、時刻７７０で通電オフすることを想定して、次のオン許可開始時間における温度予測７７２を予測し、その温度が目標温度下限を下回れば、オン許可期間外であってもオンを継続する。こうした予測を繰返し、例えば時刻７７４で通電オフすることを想定したときの温度予測７７６が目標温度下限ＴＴ（Ｌ）を上回ったときにヒータ通電をオフする。その結果、この場合、ヒータ通電オン期間７８０は、時刻７７４で終了する。次のオン許可期間７５６の開始時間（on_start_msec）でのセンサ温度は、目標下限温度ＴＴ（Ｌ）を上回っているであろう。
【０１４９】
<電気機器制御部３０１の制御>
以上説明したように電気ヒータ１１１を制御するため、電気機器制御部３０１は次のような制御構造を持つプログラムを実行する。なお、以下の説明は、電気ヒータ１１１の制御に関するものであるが、同様の制御構造を持つプログラムにより、種々の装置を制御できることはいうまでもない。
【０１５０】
電気ヒータ１１１を制御するプログラムは、大きく分けて３つある。第１は、スイッチが操作されたときに発生する割込信号により起動されるスイッチ割込プログラムである。第２は、タイマにより定期的に実行されるヒータ制御プログラムである。状態変数STATEは、以下に述べるようにこれらプログラムで共通に参照される。第３は、電気ヒータ１１１で何らかのイベントが発生したときに実行されるプログラムである。
【０１５１】
《スイッチ割込プログラム》
図１９を参照して、スイッチ割込プログラムは、スイッチが操作されるたびに生ずる割込により起動され、状態変数STATEの値が０であるかどうかを判定するステップ８００と、ステップ８００の判定が肯定のときに実行され、スイッチ操作がスイッチオン操作か否かを判定するステップ８０２と、ステップ８０２の判定が肯定のときに実行され、ヒータ通電をオンするステップ８０４と、ステップ８０４に続き、状態変数STATEに１を代入して処理を終了するステップ８０６とを含む。ステップ８０２の判定が否定なら処理は終了する。
【０１５２】
このプログラムはさらに、ステップ８００の判定が否定のときに実行され、操作がスイッチオフか否かを判定するステップ８０８と、ステップ８０８の判定が肯定のときに実行され、ヒータ通電をオフするステップ８１０と、状態変数STATEに０を代入して処理を終了するステップ８１２とを含む。ステップ８０８の判定が否定なら処理は終了する。
【０１５３】
《ヒータ制御プログラム》
図２０を参照して、タイマにより定期的に実行されるヒータ制御プログラムは、センサ温度ＴＳを測定するステップ８３０と、ステップ８３０に続き、状態変数STATEの値により処理を分岐させるステップ８３２と、状態変数STATEの値が１，２，３，４，５のときにそれぞれ実行されるステップ８３４，８３６，８３８，８４０及び８４２とを含む。状態変数STATEの値が０のとき、及びステップ８３４，８３６，８３８，８４０及び８４２の処理の終了後、このヒータ制御プログラムの実行は完了する。ヒータ制御プログラムは、例えば、１秒おきに実行される。
【０１５４】
（１）状態変数STATE＝０のとき
このときは、何も処理は行なわれない。
【０１５５】
（２）状態変数STATE＝１のとき
図２０のステップ８３４の処理が実行される。具体的には、図２１を参照して、センサ温度ＴＳが目標温度上限ＴＴ（Ｈ）を上回るか否かを判定する（ステップ８７０）。判定が肯定なら、ステップ８７２でヒータ通電をオフし、ステップ８７４で状態変数STATEに２を代入して処理を終了する。ステップ８７０の判定が否定なら処理を終了する。
【０１５６】
（３）状態変数STATE＝２のとき
このときは、図２２を参照して、ステップ９００で状態変数STATEが目標温度下限ＴＴ（Ｌ）を下回るか否かを判定する。判定が肯定ならステップ９０２でヒータ通電をオンし、ステップ９０４で状態変数STATEに３を代入して処理を終了する。ステップ９００での判定が否定なら何もせず処理を終了する。
【０１５７】
（４）状態変数STATE＝３のとき
図２３を参照して、ステップ９２０で、センサ温度ＴＳが目標温度上限ＴＴ（Ｈ）を上回るか否かを判定する。判定が否定なら処理を終了する。判定が肯定ならステップ９２２でヒータ通電をオフし、ステップ９２４でその直前の周期Ｐを算出する。周期は、電気機器の制御履歴情報等に基づいて容易に算出できる。目標周期をＰＴとする。続いてステップ９２６で周期Ｐと目標周期ＰＴとの差の絶対値が所定のしきい値ＰＴＨより小さいか否かを判定する。判定が肯定なら、ステップ９２８でこの周期Ｐと、この周期を維持するために必要なオン期間とを中央管理装置１０１に通知する。続いてステップ９３０で状態変数STATEに４を代入して処理を終了する。ステップ９２６の判定が否定なら、ステップ９３２で電気ヒータ１１１の周期を目標に合わせる（目標範囲を変更する）。具体的な手段は、図１０で説明したとおりである。続くステップ９３４で状態変数STATEに２を代入して処理を終了する。
【０１５８】
（５）状態変数STATE＝４のとき
図２４を参照して、ステップ９５０でセンサ温度ＴＳが目標温度下限ＴＴ（Ｌ）を下回るか否かを判定する。判定が肯定ならステップ９５２でヒータへの通電をオンし、ステップ９５４で状態変数STATEに５を代入して処理を終了する。
【０１５９】
ステップ９５０の判定が否定の場合、さらにステップ９６６で現在時刻がオン期間中か否かを判定する。判定が肯定であればステップ９６８でセンサ温度ＴＳが目標温度ＴＴを下回っているか否かを判定する。判定が肯定であれば制御はステップ９５２に進み、先に述べた処理を行なう。判定が否定であればステップ９７０でさらに現在がオンすべきタイミングか否かを判定する。この判定の実質的内容については既に述べたとおりである。判定が肯定なら制御はステップ９５２に進む。否定であれば何もせず処理を終了する。
【０１６０】
ステップ９６６での判定が否定であれば、ステップ９７２でオン許可期間外か否かを判定する。本実施の形態では、ステップ９７２の判定結果にかかわらず、何もせずに処理を終了する。
【０１６１】
（６）状態変数STATE＝５のとき
図２５を参照して、このときには、ステップ１０００でセンサ温度ＴＳが目標温度上限ＴＴ（Ｈ）を上回るか否かを判定する。判定が肯定であればステップ１００２でヒータへの通電をオフする。続くステップ１０２０‐ステップ１０３０の処理は、図２３に示すステップ９２４‐ステップ９３４の処理と同じである。
【０１６２】
一方、ステップ１０００の判定が否定の場合、ステップ１００８で現在時刻がオン許可期間中か否かを判定する。判定が肯定であれば何もせず処理を終了する。判定が否定なら、ステップ１０１０でさらに現在がオン許可期間外か否かを判定する。判定が否定なら何もせず処理を終了する。判定が肯定ならステップ１０１２でセンサ温度ＴＳが目標温度ＴＴを下回ったか否かを判定する。判定が否定なら制御はステップ１００２に進み、前述した処理を行なう。判定が肯定ならステップ１０１４でさらに指令に反してもオンすべきか否かを判定する。判定が肯定なら何もせず（オンを継続したまま）処理を終了する。判定が否定ならステップ１００２以下の処理を実行して処理を終了する。
【０１６３】
<中央管理装置１０１の制御>
中央管理装置１０１の処理には２つある。第１は電気機器から通知を受けた場合に開始する処理である。このときの処理を図２６に示す。第２はタイマ駆動によって定期的に実行される処理である。このときの処理を図２７に示す。
【０１６４】
《通知を受けた場合の処理》
図２６を参照して、電気ヒータ１１１等の電気機器からの通知を処理するプログラムは、中央管理装置１０１が電気機器の管理のために維持するテーブルを更新するステップ１０５２と、ステップ１０５２の更新の結果、テーブルを参照して、周期が同じになる電気機器をグループ化し、各電器機器の動作タイミングを決定するステップ１０５４と、ステップ１０５４で決定された動作タイミングを含む指令を各電気機器に送信して処理を終了するステップ１０５６とを含む。
【０１６５】
ステップ１０５２のテーブル更新では、受信した内容により特定される電気機器に関するエントリを保存する。電気機器には、予め識別番号が割当てられている。この識別番号で各電気機器に対応するエントリを特定する。既に同一の識別番号のエントリがあればそのエントリを更新する。まだその識別番号のエントリがなければエントリを追加する。
【０１６６】
ステップ１０５４での動作タイミングの決定方法については後述する。
【０１６７】
ステップ１０５６では、各電気機器に動作タイミングを含む指令を送信するが、前回の送信内容と同じ指令であれば送信する必要はない。そのため、中央管理装置１０１は、ステップ１０５６で送信した内容については記憶装置に記憶しておく。
【０１６８】
《タイマ駆動による処理》
図２７を参照して、タイマにより定期的に起動されるプログラムは、以下のような制御構造を持つ。タイマ駆動の間隔は設計事項に属するが、１秒程度で十分である。ステップ１０８２において、電気機器の管理のために中央管理装置１０１に記憶されているテーブルからエントリを取出す。当該エントリについて、ステップ１０８４においてタイムアウトすべきかどうかを判断する。ここでいうタイムアウトとは、当該エントリに対応する電気機器から最後に通知を受けてから所定時間を経過したエントリをテーブルから削除する処理のことをいう。このため、このテーブルの各エントリには、電気機器から最後に通知を受信した時刻を記録しておく。通常、電気機器からは定期的に最新の情報が送られてくる。しかし、突然、電気機器がアンプラグされてしまうこともある。そのような場合に、テーブルにずっと古い情報が残っているのは良くない。したがって電気機器から通知がなく所定時間を経過したらタイムアウトすべきである。ステップ１０８４では、エントリに記録されている最新応答時刻が、現在時刻よりも所定時間以上古ければ、タイムアウトすべきであると判定する。
【０１６９】
ステップ１０８４での判定が肯定であれば、ステップ１０８６でそのエントリをテーブルから削除する。
【０１７０】
ステップ１０８４での判定が否定のとき、及びステップ１０８４での判定が肯定でステップ１０８６の処理が完了したときには、ステップ１０８８でテーブルに次のエントリがあるか否かを判定する。判定が肯定であれば制御はステップ１０８２に戻る。判定が否定であればこの処理を終了する。
【０１７１】
《テーブル構成》
図２８に、中央管理装置１０１により維持されるテーブルの例を示す。図２８を参照して、このテーブルには、各電気機器の状態が記録されている。中央管理装置１０１は、このテーブルを常に最新の状態に維持しなければならない。テーブルの各エントリには、各電気機器の識別番号、最新応答時刻、機器状態、周期、及び要求されたオン時間が含まれる。これら項目は、各電器機器から中央管理装置１０１が受信した情報（通知）に基づいて更新される。このテーブルの各エントリは、さらに、中央管理装置１０１が各電気機器に割当てたオン期間の開始時刻と終了時刻を含む。
【０１７２】
中央管理装置１０１は、このテーブルを参照して、周期が同じ電気機器を抽出しグループ化する。中央管理装置１０１はさらに、グループ化の結果に基づき、同じグループに属する電気機器間の動作タイミングを既に述べた方針にしたがって決定する。すなわち、ある装置のオン期間が終了するタイミングで別の装置のオン期間が開始するように、各電気機器の動作タイミングを決定する。
【０１７３】
例えば、図２８において、機器識別番号２、５、及び９に対応するエントリの周期はいずれも６００００［ｍｓ］である。各機器が要求しているオン時間は、それぞれ２５０００［ｍｓ］、３００００［ｍｓ］、及び２５０００［ｍｓ］である。
【０１７４】
中央管理装置１０１により決定される、これらの機器の動作タイミングの例は以下のようなものである。
【０１７５】
【表１】
2011162405.tif 000014
テーブル１に示す例では、ある機器のオン期間と別の機器のオン期間との間にマージンとして、１５００ｍｓを設けている。例えば識別番号＝２の機器のオン期間の終了時間（２５０００［ｍｓ］）と識別番号＝５の機器のオン期間の開始時間（２６５００［ｍｓ］）との間には、１５００ｍｓのマージンがある。このマージンは、識別番号＝２の機器がオフするタイミングと、識別番号＝５の機器がオンするタイミングが逆転しないようにするために設ける。
【０１７６】
図２９を参照して、中央管理装置１０１により行なわれる、各機器のオン周期の割当方法の一例について説明する。ここでは、周期が同じである機器（１）〜機器（８）があって、それぞれ要求するオン期間があるとする。要求するオン期間は異なっていても同じでもよい。
【０１７７】
この場合、中央管理装置１０１は、図２９（Ａ）に示すように、仮想時間軸上に、機器（１）〜機器（８）により要求されるオン期間を順に配置していく。前述のとおり、ある機器のオン期間と、もう１台の機器のオン期間との間には、多少のマージンを持たせるのがよい。
【０１７８】
こうして機器（１）〜機器（８）を順に配置する際に、電気機器のオン期間の内で１周期分の長さを超えた部分については次の周期に移動する。これを繰返す。実際には、電気機器の周期を積算していった値を周期で割り、その余りを計算するだけである。
【０１７９】
図２９に示す例では、機器（１）と機器（５）とが同時にオンする期間があることが分かる。同様に機器（５）と機器（２）、機器（２）と機器（６）、機器（６）と機器（３）、機器（３）と機器（７）等も同時にオンする期間を持つ。
【０１８０】
本実施の形態では、新しく機器が追加された場合は、最後尾の機器の後ろにオン期間を配置する。既存の機器（これを機器（Ｋ）とする。）が削除された場合は、仮想時間軸上で機器（Ｋ）のオン期間を削除し、機器（Ｋ＋１）以降の機器のオン期間を前に詰める。スケジューリングが変更された機器Ｋ＋１以降の機器について、動作タイミング指令を送信する。既存の機器（機器（Ｋ）とする。）のオン期間が変更になった場合は、仮想時間軸上で機器（Ｋ）のオン期間を変更し、機器（Ｋ＋１）以降の機器のオン期間を前後にずらす。スケジューリングが変更された機器（Ｋ）と、機器（Ｋ＋１）以降の機器とに対して、動作タイミング指令を送信する。
【０１８１】
図３０及び図３１に、本実施の形態に係るシステムをコンピュータによりシミュレーションした結果を示す。これらは、互いに同じ周期（６０秒）で、同じ台数の機器を、異なるデューティ比（図３０の場合は０．３２、図３１の場合は０．６５）で動作させたときの結果である。
【０１８２】
図３０を参照して、周期６０秒、デューティ比０．３２、の機器を３台動作させたとき、過渡状態１１００においては、３台同時に動作することがある。しかし定常状態１１０２においては、各機器が協調して動作して、同時に２台がオンすることを防ぐことができている。すなわち定常状態１１０２では、どの時点をとってもたかだか１台の機器しかオンしていない。
【０１８３】
図３１を参照して、周期６０秒、デューティ比０．６５、の機器を３台動作させたとき、過渡状態１１２０においては、３台同時に動作することがある。しかし定常状態１１２２においては、各機器が協調して動作して、同時に３台がオンすることを防ぐことができている。すなわち、定常状態１１２２では、どの時点をとってもたかだか２台の機器しかオンしていない。
【０１８４】
以上のように、各電気機器を協調して動作させることで、定常状態における電力使用量の合計を抑えることができる。
【０１８５】
［第２の実施の形態］
この第２の実施の形態に係るシステムは、電気機器がヒータのような温度制御（オン／オフ制御）する機器であって、各電気機器が異なる電力量を消費することまで考慮したシステムである。以下の説明と図面とにおいて、第１の実施の形態で説明したものと同一の部品には、同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【０１８６】
図３２に、この実施の形態において電気機器（電気ヒータ）から中央管理装置へ通知される内容を示す。図３２に示す通知は、図１３（Ａ）に示す通知に以下の２つの項目、すなわち各電器機器の（１）オン時の消費電力（on_power）、及び（２）オフ時の消費電力（off_power）を追加したものである。以下、これらについて説明する。オフ時の消費電力は必須ではないが、本実施の形態では、システムの汎用性を高めるために追加してある。実際、機器によってはオフ時の消費電力が０でない場合もある。したがってオフ時の消費電力を考慮することで、より正確にシステム全体のピーク電力を抑えるような制御を行なうことができる。
【０１８７】
この実施の形態では、電気機器（電気ヒータ）について、オン時の消費電力とオフ時の消費電力とをあらかじめ把握しているものとする。機器の消費電力は、機器の開発段階で測定をして、あらかじめプログラムしておくのがよい。もちろん、電気機器自身または他の測定用のユニットが消費電力を測定できるようにしてもよい。
【０１８８】
電気機器（電気ヒータ）の他の部分については第１の実施の形態で使用されたものと同じである。
【０１８９】
本実施の形態では、中央管理装置で行なわれる、動作タイミングの決定方法が第１の実施の形態ものと異なる。すなわち、この実施の形態では、各電気機器から消費電力が申告されるので、中央管理装置は、各電器機器の消費電力を考慮して、各電気機器の動作タイミングを決定する。
【０１９０】
例えば、以下の３つの機器（１）‐機器（３）を制御する場合を考える。
【０１９１】
【表２】
2011162405.tif 000015
これら３つのデューティ比の合計は１．５なので、同時に２台オンになる時期が発生することは避けられない。しかし、これらを協調動作させることでピーク電力を低く抑えることができる。
【０１９２】
図３３（Ａ）を参照して、電気機器（１）と電気機器（２）とを同時にオンさせると、合計１３００Ｗのピーク電力となる。ところが、図３３（Ｂ）に示すように、電気機器（２）と電気機器（３）とを同時にオンさせ、電気機器（１）については常に単独でオンするようにこれらのオンタイミングを調整すると、ピーク電力を８００Ｗに抑えることができる。すなわち、電気機器の組合せによってピーク電力が変わる。各電気機器の消費電力を考慮して、ピーク電力がなるべく低く抑えられるように動作タイミングを決定すべきである。
【０１９３】
こうした動作タイミングが容易に求められれば都合がよい。電気機器の台数が十分少なければ（例えば１０台程度まで）、最適解を求めることが可能かもしれない。しかし、動作タイミングの決定アルゴリズムは組合せ問題であり、一般的には短時間で最適解を求めるのは難しい。電気機器の台数が多くなると、組合せの数が爆発してしまうので、短時間で最適解を求めることは非常に困難になる。本実施の形態では、必ずしも最適解ではないかもしれないが、短時間の内に求めることができ、ピーク電力をなるべく低くできるような解法を採用する。
【０１９４】
本実施の形態では、各電気機器の動作タイミングを決定するために、まず、時間の解像度を決める。ここでいう時間の解像度とは、時間という連続した量を離散した値で考えたときの、その離散値の最小単位のことである。時間の解像度を大きく（粗く）すれば、組合せの数を減らせるので計算時間が少なくなる。例えば、１ｍｓオーダーではなく、５秒（＝５０００ｍｓ）という解像度で考えることにする。
【０１９５】
電気機器の周期を６０秒と仮定すると、電気機器が起動するタイミングとしては１２（６０秒÷５秒）通りある。電気機器の台数を１０台あるとする。１台目は必ず０秒から電源オンするということにしても一般性を失わない。
【０１９６】
この場合、２台目から１０台目までの動作タイミングの組合せは、１２９＝５１５９７８０３５２通り存在する。これだけのオーダーになると、組込機器用のＣＰＵで実時間で計算するのは不可能であろう。
【０１９７】
一般的に、機器の台数をＮとすると、計算量はＯ（ｃＮ）となる。ただし、ｃ＝周期／時間解像度である。この計算量はＮが増大すると共に指数関数的に増加する。枝刈りにより組合せの数を多少減らすことは可能だが、本質的な困難さは変わらない。そこで、本実施の形態では、最適解ではなく、実時間で（最適解に近い）近似解を得ることを考える。
【０１９８】
本実施の形では、以下のようなアルゴリズムで各電気機器の動作タイミングを決定する。機器の数はＮとする。これら機器を機器（１）‐機器（Ｎ）として表す。
【０１９９】
機器（１）については、０秒から動作するということにしても一般性を失わない。機器（２）以降の動作タイミングを以下のように決定する。
【０２００】
すなわち、電気機器（２）‐電気機器（Ｎ）をこの順番で１周期内に配置して行く。電気機器（ｋ）を配置するまでには、電気機器（ｋ−１）までの配置が決定している。電気機器（ｋ）の動作タイミングを配置する際には、１周期の内で、トップ・ピーク電力（電力の合計が最高となる値）と、ボトム・ピーク電力（電力の合計が最低となる値）との差がもっとも小さくなるように、電気機器（ｋ）の配置位置を決定する。典型的には、ある機器が配置された期間と、別のある機器が配置された期間とに重複がないようにすれば、少なくともこれら２つの機器が配置された期間に重複がある場合よりも消費電力のピークを下げることができる。もちろん、全ての電気機器の配置を見る必要もある。機器が３つ以上になる場合には、重複が生ずる場合もある。その場合でも、重複が生じないように配置された１組（２つ）の電気機器が存在しているはずである。
【０２０１】
機器（１）〜機器（ｋ−１）まで動作タイミングが決定されていたとする。この状況で、機器（ｋ）を配置することを考える。すなわち、１周期内で、上記した解像度により決定される各タイミングに、機器ｋを仮に配置する。その結果、１周期の内でのトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力とがともに算出できる。それらの差を求める。こうした操作を上記した各タイミングの全てについて行なう。それらの中で、トップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差が最も小さくなるような動作タイミング位置を選択する。そのような動作タイミング位置が複数個あるときには、例えば周期の先頭に近いほうのタイミングを選択する。
【０２０２】
周期と解像度とを考慮すると、機器（ｋ）を配置できるタイミングは周期／時間解像度の数だけある。これを仮にＭとする。上に述べたトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差の計算は、一つの機器についてＭ回だけ繰返される。動作タイミングを決めるべき電気機器の数は機器（２）‐機器（Ｎ）までのＮ−１個ある。Ｍは定数なので、計算量のオーダーはＯ（Ｎ）である。したがって電気機器の数が多くなっても計算時間が指数関数的に多くなることはない。
【０２０３】
この方法では、機器を配置する順番が比較的重要になる。一つの方法として、消費電力が大きい順に機器の動作タイミングの決定を行なうのが良い。他の方法として、消費電力とオン要求期間の積が大きい順にすることも考えられる。こうした方法により最適解が得られるわけではないが、より最適解に近い解が得られることは、コンピュータ・シミュレーションによっても確認された。
【０２０４】
従って、本実施の形態では、消費電力（又は消費電力とオン要求期間との積の値）の降順に機器をソートして、機器（１）‐機器（Ｎ）のリストを作り、その先頭から各機器の動作タイミングを順番に決定していく。
【０２０５】
図３４及び図３５を参照して、本実施の形態による動作タイミングの決定の具体例を示す。この例では、周期は６０秒、解像度を５秒とする。各機器を配置できる位置は１２通りである。識別番号１−５の機器があり、各機器の消費電力及びオン要求時間を以下のとおりとする。
【０２０６】
【表３】
2011162405.tif 000016
テーブル３に示すように、機器（１）、機器（２）、…、機器（５）は、消費電力の降順にソートしてある。以下、これら機器を順番に配置していく。
【０２０７】
（１）機器（１）
機器（１）については、周期内のどこから始めてもよい。この例では、機器（１）のオンタイミングを周期の先頭（０秒）とする。よって、機器（１）が動作する期間は毎分０秒から毎分２０秒までである。
【０２０８】
（２）機器（２）
機器（２）については、機器（１）が既に配置された状態で、上記した１２箇所に仮に配置してトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差を算出する。これら１２箇所の内で、算出された差が最小となる位置に機器（２）を配置する。この計算をした結果選択されるのは、機器（２）が周期の先頭から２０秒でオンするような位置である。すなわち機器（２）は、毎分２０秒から毎分０秒までオンとなる位置に配置される。
【０２０９】
機器（３）についても、同様の処理をする。その結果、毎分２０秒から毎分３５秒までに配置すると良いことが分かる。
【０２１０】
以上までの処理により機器（１）−機器（３）を６０秒の周期内に配置した状態を、図３４（Ａ）に示す。
【０２１１】
機器（４）についても同様にして位置を決めると、毎分３５秒から毎分１０秒までとなる。機器（４）まで配置した状態を図３４（Ｂ）に示す。
【０２１２】
機器（５）についても同様にして、毎分１０秒から毎分５５秒まで配置するのが良いことが分かる。機器（５）まで配置した状態を、図３５（Ａ）に示す。
【０２１３】
以上の例では、図３５（Ａ）に示すように機器（１）‐機器（５）を配置すればピーク電力が２０００Ｗに抑えられることがわかる。
【０２１４】
ただし、これは最適解ではない。最適解としては、図３５（Ｂ）に示すように、ピーク電力が１９００Ｗで抑えられるような配置方法がある。この最適解は、機器を配置するタイミングを総当りで計算すれば求められる。しかし、既に述べたように、このように総当り方式で最適解を求める場合、計算量のオーダーはＯ（ｃＮ）（Ｎは機器の台数）であり、機器の数が増えてくると非常に困難である。これに対し、上記した例で採用したアルゴリズムの計算量のオーダーはＯ（Ｎ）であり、実時間で最適解に近い解を得ることができる。したがってこのアルゴリズムは有用である。
【０２１５】
また、上記アルゴリズムでは、オフ時の消費電力を考慮した配置を行なうことも容易である。すなわち、新しく機器が追加された場合は、基本的には、上で述べた方法と同様に、トップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差がもっとも少なくなるようにその機器を配置すればよい。電力計算にオフ時の消費電力も算入する必要があるだけである。
【０２１６】
上記アルゴリズムで求めた機器の動作タイミングの配置で各機器が動作しているときに、その中のいずれかの機器が削除される場合もある。そうした場合は、単純に当該機器だけを削除すればよい。その他の機器の動作タイミングには影響がない。
【０２１７】
もっとも、機器の追加と削除とを繰返すと、最適解から遠く離れてしまうこともありえる。そうした問題を回避するため、ある時点で、動作タイミングの配置をやり直してもよい。この結果、既存機器の動作タイミングが更新され、新たな動作タイミングで平準化された消費電力での動作が可能になる。
【０２１８】
以上のように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態による作用に加え、各電気機器がオン時の消費電力とオフ時の消費電力とを中央管理装置に申告する。中央管理装置は、各電気機器の動作タイミングをそれぞれの機器の消費電力を考慮して決定する。その結果、より効果的に電力使用量の合計を抑えることができる。動作機器の動作タイミングの決定は、総当り方式で最適解を求めるように行なっても良いし、上記したように最適解ではないが、最適解に近い解を実時間で得るようにしてもよい。
【０２１９】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、電気機器がヒータのような単純にオン／オフ制御するものではなく、多様な制御手法を持つ電気機器である場合について考える。そのような電気機器の消費電力の推移を見ると、単純なオンとオフの２値ではなくて、複雑なパターンの消費電力となる。その例は、例えばエアコンである。
【０２２０】
図３６に、あるエアコンの消費電力の推移の例を示す。図３６からわかるように、このエアコンの消費電力の推移は複雑なパターン１１４０にしたがっている。しかし、周期的な動作が観測されていることはまちがいない。消費電力の推移が周期的なものであれば、この第３の実施の形態によりピーク電力を抑えることが可能である。この実施の形態は、第２の実施の形態の拡張である。
【０２２１】
第２の実施の形態では、図３２に示したように、電気機器から中央管理装置への通知は、状態、周期、オンを要求する時間、オン時の消費電力、及びオフ時の消費電力を含む。第３の実施の形態では、各電気機器は、これらに加えて、１周期の範囲内で、どの時間にどれだけの消費電力を必要とするかを、離散値のデータ列として表現したものを中央管理装置に通知する。
【０２２２】
本実施の形態で「どの時間にどれだけの消費電力を必要とするか」というときの「時間」とは、１周期の先頭を０とする相対的な値で表したものである。この場合も「解像度」に相当する概念が必要となる。ここでは解像度を１分、周期を１時間とすると、例えば第３の実施の形態で中央管理装置に通知される情報は、「毎時０分の時の必要電力量」、「
毎時１分の時の必要電力量」、…、「毎時ｋ分のときの必要電力量」、…「毎時５９分のときの必要電力量」をデータ列として表現したものである。
【０２２３】
この情報を受けた中央管理装置は、第２の実施の形態で述べたアルゴリズムを利用して、各電気機器の動作タイミングを決定する。
【０２２４】
すなわち、中央管理装置は、消費電力の大きさの降順で機器を並べ、その先頭から順番に、トップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差がもっとも少なくなるように動作タイミングを決定する。中央管理装置は、全ての機器を決定した後、各電気機器にその動作タイミングについいての指令を送る。各電気機器は、中央管理装置から動作タイミングについての指令を受信する。指令を受信した電気機器はそれぞれ、指令にしたがって自己の動作を決定する。なお、本実施の形態では、動作タイミングとしては、各機器の位相が０となる時間のみが各機器に通知される。各電気機器は、指令にしたがい、位相０となる時間に合わせて動作を開始するようにタイミングを調整する。
【０２２５】
以上のように、本発明は、単純に供給電力に対して２値的な制御をする場合だけに適用可能なわけではない。複数通りの電力供給の切替が可能な場合でも同様に本発明を適用できる。もちろん、２値的な制御をする場合には単純な制御が可能であるという特徴もある。
【０２２６】
［第４の実施の形態］
第１から第３までの実施の形態では、家庭内という枠組みでピーク電力の抑制を考えた。しかし、本発明はそのような範囲に限定されるわけではない。例えば、集合住宅、ビル、オフィス、工場、又は近隣店舗といったまとまった単位で、それらの消費電力の合計のピークの緩和を図ることも可能である。こうすることにより、幹線の電力網の容量制限という制約の下で、各住宅、オフィス、工場、店舗等で使用されている機器をそれぞれその本来の能力が活かされるように動作させながら、幹線ブレーカが落ちてしまう危険性を小さくできる、ということである。
【０２２７】
図３７に、本実施の形態に係る、集合住宅におけるネットワークシステムの構成を示す。図３７を参照して、集合住宅１１６２は複数の部屋（住宅）と、これらを結ぶネットワークと、このネットワークに接続された、実施の形態１のものと同様の中央管理装置１０１とを含む。本実施の形態では、各部屋は１軒の独立した家である。各部屋に含まれる電気機器と中央管理装置１０１とはネットワークを経由して相互に通信可能である。ネットワークの媒体種類は問わないが、例えば、ＰＬＣ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、電話線、ケーブル線等が好適である。各部屋に既存のＩＰネットワークが敷設されていれば、それらと集合住宅１１６２のネットワークとを接続してもよい。
【０２２８】
中央管理装置１０１は、図３７に示す例では集合住宅１１６２の中に存在している。しかし本発明はそのような実施の形態に限定されるわけではない。例えば図３７に示す中央管理装置１１６０のように、ＩＰ網又は専用線を通じて、集合住宅１１６２の外に存在していてもよい。
【０２２９】
集合住宅１１６２内の各部屋には、第１‐第３の実施の形態で述べたように、複数の電気機器が存在している。各電気機器は、中央管理装置１０１と互いに通信可能である。
【０２３０】
この実施の形態に係るシステムと、第１‐第３までの実施の形態に係るシステムとの違いは、本実施の形態では、部屋ごとに中央管理装置１０１が設けられているのではなく、集合住宅全体で１つの中央管理装置１０１が設けられている、ということである。中央管理装置１０１の機能は例えば第１の実施の形態のものとかわらない。中央管理装置１０１にかえて、第２又は第３の実施の形態に係る中央管理装置を用いるようにしてもよい。
【０２３１】
この第４の実施の形態では、各住宅という単位を越えて、より広い範囲で電気機器の消費電力の平準化を図っている。この構成により、制御の対象となる電気機器の数が増大するため、電気機器の動作タイミングの配置の自由度があがる。その結果、消費電力のピークを下げることができるという効果をより確実に奏することができる。なお、電気機器の数が増大するため、第２の実施の形態で述べたように、最適解ではなく、実時間で最適解に近い解を求めることができる方法がより重要となる。
【０２３２】
［第５の実施の形態］
上記第１〜第４の実施の形態では、電気機器が定常状態における周期を調整できる能力を持つものとしていた。しかし、電気機器の全てがそのような能力を持つわけではない。できれば、従来の電気機器をそのまま使用しながら、第１〜第４の実施の形態のように消費電力のピークの負荷を少なくすることができるとより好ましい。
【０２３３】
こうした用途に使用できる可能性があるものに、消費電力測定器がある。消費電力測定器としては、例えば非特許文献２に記載されたものがある。非特許文献２に記載されたものは、電気機器と電源との間に挿入され、電気機器に供給される電気と電圧との波形を調べることにより、電気機器で消費されている電力を刻々と測定することができる。この省電力測定器をいわゆるホームネットワークに適用し、各電気機器からの情報を集中的に監視することにより、生活者の行動パターンのモニタリング、省エネルギー生活のコンサルティング、及び各電器機器の不良の検出等をしたりすることができるとされている。
【０２３４】
さらに、遠隔からの指令により、電気機器への電源供給を制御することができる機器も開発されている。
【０２３５】
こうした消費電力測定器は、後述するように小型のＣＰＵを備えたものであって、所定のプログラムを実行することができる。第１の実施の形態の各電器機器内部に設けられた、制御対象物を制御するための構成要素（図３に示す電気機器制御部３０１、通信Ｉ／Ｆ３０２、入力部３０３、温度を測定するセンサ部３０４、表示部３０５、タイマ３０６、状態管理部３０８、時刻同期部３０７等）をこの消費電力測定器に備えるようにすることにより、従来の電気機器を使用して第１の実施の形態と同様のシステムを構築することができる。ただし、この第５の実施の形態では、第１の実施の形態と同様、電気機器の動作状態を検知するために、電気機器に設けられたセンサの出力信号が必要である。したがって、この第５の実施の形態に係る消費電力測定器は、電気機器との相互通信が可能であり、電気機器としてもそのように外部と通信する機能を備えたものである必要がある。
【０２３６】
このような機能を備えた電気機器の規格として、いわゆるエコーネット規格、及びＫＮＸ規格と呼ばれるものがある。このような規格にしたがって外部と通信する機能を持つ電気機器であれば、この第５の実施の形態ではそのまま使用することができる。
【０２３７】
図３９を参照して、この第５の実施の形態に係るシステムは、図１に示すシステムと同様の中央管理装置１０１、分電盤１０２、ＩＰ網１０４に接続されるルータ１０３に加え、上記した規格（例えばエコーネット規格）にしたがった双方向通信機能及び制御機能を持つ、電気ヒータ１２３０、エアコン１２３２、冷蔵庫１２３４、及び洗濯乾燥機１２３６と、これら電気ヒータ１２３０、エアコン１２３２、冷蔵庫１２３４、及び洗濯乾燥機１２３６と電灯線の電源供給口との間にそれぞれ挿入された、機器制御機能付の消費電力測定器１２４０，１２４２，１２４４、及び１２４６とを含む。
【０２３８】
以下、消費電力測定器１２４０、１２４２，１２４４及び１２４６を代表して、消費電力測定器１２４０の構成について説明する。図４０及び図４１を参照して、消費電力測定器１２４０は、やや扁平な直方体状の筐体１２５０と、筐体１２５０の正面に設けられた１対の差込口１２６０と、筐体１２５０の裏面の、差込口１２６０に対応する位置に設けられた１対のブレード１２６２とを含む。
【０２３９】
図４２を参照して、消費電力測定器１２４０はさらに、差込口１２６０とブレード１２６２との間を接続する１対の電灯線１２７０と、電灯線１２７０から電力をとり、消費電力測定器１２４０の各部に電力を供給する電源部１２７２と、電灯線１２７０に接続され、電灯線１２７０を流れる電流と、２本の電灯線１２７０の間の電圧とから、１組の差込口１２６０に接続されている電気機器の消費電力を測定し、消費電力の大きさを周波数で表す信号を出力する電力センサ部１２７４と、電力センサ部１２７４の出力と中央管理装置１０１との通信に基づき、システム全体の電力負荷のピークを低くするよう、電気ヒータ１２３０を制御する中央管理装置１０１と通信するためのアンテナ及び電気機器との双方向通信により電気機器を制御する機能を持ち、電力センサ部１２７４の出力に基づいて、中央管理装置１０１と通信することにより、電気ヒータ１２３０を制御するための通信コントローラ部１２７６と、通信コントローラ部１２７６に接続され、通信コントローラ部１２７６の動作状態を表示するためのＬＥＤ１２７８及び設定ボタン１２８０（いずれも図４０及び図４１においては図示していない。）と、通信コントローラ部１２７６に接続された、日本電機工業会規格（ＪＥＭ）に従ったＨＡ端子１３３０とを含む。ＨＡ端子１３３０はさらに、電気ヒータ１２３０のＨＡ端子に接続される。
【０２４０】
電力センサ部１２７４は、２本の電灯線１２７０の間の電圧を測定し、デジタル信号に変換して出力する電圧入力ＡＤＣ部１３００と、電灯線１２７０の内の１本に装着された抵抗値のごく小さなシャント抵抗１２８２と、シャント抵抗１２８２の両端の電灯線１２７０の間の電位差に基づいて、電灯線１２７０を流れる電流の大きさを測定し、デジタル信号に変換して出力する電流入力ＡＤＣ部１３０２と、電圧入力ＡＤＣ部１３００の出力と電流入力ＡＤＣ部１３０２の出力とを受け、両者を乗算して電気ヒータ１２３０の消費している電力量を表すデジタル電力信号を出力する乗算器１３０４と、乗算器１３０４の出力するデジタル電力信号を、電力量を周波数で表す信号に変換して出力するデジタル／周波数変換部１３０６とを含む。電力センサ部１２７４は既存の電子部品であって、例えばデジタル／周波数変換部１３０６の出力する周波数信号を消費電力メータの入力に与えることにより、消費電力メータを消費電力に応じて駆動させることができる。本実施の形態では、そのような既存の電力センサ部１２７４を流用している。
【０２４１】
通信コントローラ部１２７６は、コンピュータと同様の構成を持ち、ＣＰＵ１３２０と、いずれもＣＰＵ１３２０に接続されたＲＯＭ１３２２及びＲＡＭ１３２４と、ＣＰＵ１３２０に接続され、アンテナを介して中央管理装置１０１との無線通信を行なう機能を提供する無線ＲＦ部１３２６と、ＣＰＵ１３２０と接続された汎用入出力部（ＧＰＩＯ）１３２８と、図示しないタイマととを含む。図示しないタイマは第１の実施の形態と同様、中央管理装置１０１のタイマと同期して動作する。これは、周期の先頭を定めるために必要である。
【０２４２】
ＧＰＩＯ１３２８には、ＨＡ端子１３３０の一方側端子、デジタル／周波数変換部１３０６の出力、設定ボタン１２８０の出力、及びＬＥＤ１２７８の入力が接続されている。
【０２４３】
この第４の実施の形態に示す消費電力測定器１２４０は、第１の実施の形態の図３に示す通信ネットワークＩ／Ｆ３０２、電気機器制御部３０１、入力部３０３、表示部３０５、タイマ３０６、タイマ３０６、及び状態管理部３０８と同様の機能を果たすようにプログラムされる。設定ボタン１２８０は入力部３０３に相当し、ＬＥＤ１２７８が表示部３０５に相当する。電力センサ部１２７４と、電気ヒータ１２３０内に設けられたセンサとが、センサ部３０４に相当する。電気ヒータ１２３０内のセンサの出力は、ＨＡ端子１３３０及びＧＰＩＯ１３２８を介して、ＣＰＵ１３２０に与えられる。
【０２４４】
ＣＰＵ１３２０は、図１６に示すような状態遷移を実現するためのプログラム（図１９〜図２５）を実行する。中央管理装置１０１は第１の実施の形態と同じであり、同様に動作する。これらについては第１の実施の形態で説明したものと同じであるので、ここではその詳細は繰返さない。
【０２４５】
［第５の実施の形態の変形例］
標記第５の実施の形態では、消費電力測定器１２４０はＨＡ端子１３３０を持ち、ＨＡ端子１３３０を電気ヒータ１２３０のＨＡ端子と接続することにより、電気ヒータ１２３０を制御するとともに、電気ヒータ１２３０からの情報を受取っている。同様の機能は、ＨＡ端子１３３０を用いなくとも、電気ヒータ１２３０のような電気機器との双方向通信が可能なものであればどのようなものを用いても実現できる。図４３に、第５の実施の形態の変形例を示す。
【０２４６】
図４３を参照して、この変形例の消費電力測定器１３４０は、電源部１２７２及び電力センサ部１２７４と、図４２に示す通信コントローラ部１２７６に代わる通信コントローラ部１３５０と、ＬＥＤ１２７８と、設定ボタン１２８０と、通信コントローラ部１３５０と電気ヒータ１２３０のシリアル端子との間に挿入された双方向のフォトカプラ１３７０とを含む。
【０２４７】
通信コントローラ部１３５０は、図４２に示す通信コントローラ部１２７６と同様、ＣＰＵ１３２０、ＲＯＭ１３２２、ＲＡＭ１３２４、無線ＲＦ部１３２６、図示しないタイマ、及びＧＰＩＯ１３２８を含む。通信コントローラ部１３５０はさらに、図４２に示すＨＡ端子１３３０に代えて、ＣＰＵ１３２０に接続され、ＣＰＵ１３２０との間のパラレル通信と、フォトカプラ１３７０との間のシリアル通信との間の変換を行なうためのＵＡＲＴ（汎用非同期送受信回路）１３６０とを含む。フォトカプラ１３７０を介して電気ヒータ１２３０と通信を行なうことにより、消費電力測定器１３４０は電気ヒータ１２３０とは電気的に絶縁される。
【０２４８】
この変形例の消費電力測定器１３４０でも、第５の実施の形態の消費電力測定器１２４０と同様の動作が可能であることは当然である。ただしこの変形例では、制御される電気機器（例えば電気ヒータ１２３０）が、シリアル通信用の端子を持っている必要がある。
【０２４９】
この第５の実施の形態に係る消費電力測定器は、電力センサ部１２７４を介して電気機器の消費している電力をモニタできる。消費電力測定器はさらに、電気機器との間の双方向通信により電気機器内部のセンサ出力を受信できる。通信コントローラ部は、これら情報に基づいて、制御対象の電気機器の定常状態における周期と、定常状態の維持に必要なオン期間とを中央管理装置１０１に送信する。中央管理装置１０１は、第１の実施の形態と同様、これらの情報を各電器機器について収集し、同じ周期を持つ製品をグループ化できる。さらに中央管理装置１０１は、第１の実施の形態と同様、同じグループに属する電気製品のオン許可時間を決定して、消費電力測定器に送信する。消費電力測定器１２４０は、そのオン許可時間にしたがって、制御対象の電気機器のオン及びオフを制御する。
【０２５０】
したがって、この第５の実施の形態及びその変形例によって、第１の実施の形態と同様、システムに含まれる電気機器であって、周期が同じ電気機器のグループの内で、同時にオンとなる電気機器の数が少なくなるようにでき、その結果、システムの消費電力のピーク時の負荷を小さくすることができる。
【０２５１】
［第６の実施形態］
以上の実施の形態では、対象となる電気機器のオン及びオフを直接制御したり、電気機器の動作に伴う状態の変化をそのセンサ出力から得ることが可能である。しかし、本発明は、そのような実施の形態に限定されるわけではない。そのような機能を持たない消費電力測定器であっても、電気機器の消費電力の測定機能に加え、電気機器への電力の供給の制御が可能なものであれば、完全とはいえないまでも同様の効果をあげることが期待できる。この第６の実施の形態に係る消費電力測定器は、そのような装置である。
【０２５２】
図４４を参照して、この第６の実施の形態に係る消費電力測定器１３８０は、図４２に示す消費電力測定器１２４０及び図４３に示す消費電力測定器１３４０とよく似た構成を持つ。すなわち、消費電力測定器１３８０は、１組の差込口１２６０及びブレード１２６２と、電灯線１２７０と、電源部１２７２と、電力センサ部１２７４と、図４２に示す通信コントローラ部１２７６と類似した構成の通信コントローラ部１３９２と、電灯線１２７０の、１組の差込口１２６０とブレード１２６２との間に挿入されたリレー１３９０と、通信コントローラ部１３９２に接続され、通信コントローラ部１３９２からの指示にしたがってリレー１３９０を動作させることにより、電気機器への電源の供給をオン・オフさせるためのリレー制御部１３９４とを含む。消費電力測定器１３８０はさらに、ＬＥＤ１２７８及び設定ボタン１２８０を含む。
【０２５３】
通信コントローラ部１３９２は、図４２に示す通信コントローラ部１２７６と同様、ＣＰＵ１３２０、ＲＯＭ１３２２、ＲＡＭ１３２４、無線ＲＦ部１３２６、図示しないタイマ、及びＧＰＩＯ１３２８を含む。通信コントローラ部１３９２は、リレー制御部１３９４がＧＰＩＯ１３２８に接続されており、ＧＰＩＯ１３２８を介してＣＰＵ１３２０から与えられる指令にしたがってリレー１３９０を制御することにより、電気機器への電源の供給のオン及びオフを行なう点で、図４２の通信コントローラ部１２７６と相違する。また、本実施の形態では、消費電力測定器１３８０は対象となる電気機器の状態に関する情報は、電力センサ部１２７４による消費電力の測定を除いて用いることができない点でも図４２の通信コントローラ部１２７６等とは相違している。
【０２５４】
この実施の形態に係る消費電力測定器１３８０では、上記した事情により、第１〜第５の実施の形態に係る装置と異なり、あまりインテリジェントな動作を行なうことができない。実際、この実施の形態では、後述するように、対象となる電気機器の状態にかかわらず、電気機器への電源供給のオン及びオフを中央管理装置１０１からの指示にしたがって制御するので、本来の電気機器の性能を完全には発揮できないかも知れない。しかし、電気機器がオンする時間を直接的に制御して、同じグループに属する電気機器についてはそれらがオンする時期をずらすことができるため、第１〜第５の実施の形態と同様、システム全体のピーク電力の負荷を小さくすることができる。
【０２５５】
この実施の形態に係る消費電力測定器１３８０のＣＰＵ１３２０が行なう処理は、大きく分けて３つある。それらは、（１）消費電力の測定及び中央管理装置１０１への送信、（２）中央管理装置１０１から電気機器の周期及びオン許可時間を含む指示を受信して記憶（指示受信処理）、及び（３）中央管理装置１０１から受信したオン許可時間にしたがって電気機器への電源供給のオン及びオフを制御（電源制御処理）、である。これらとは別に、中央管理装置１０１との共通時間をタイマにより管理する（同期させる）ための処理があるが、それらは第１〜第５の実施の形態におけるものと同じであるからここではその詳細は繰返さない。
【０２５６】
なお、この実施の形態では、消費電力測定器１３８０では消費電力の測定及び中央管理装置１０１への送信は行なうが、制御対象となる電気機器の動作周期を算出することはしない。中央管理装置１０１が、消費電力測定器１３８０から受信した各電器機器の消費電力の時系列データに基づいて、各消費電力測定器１３８０について動作周期を算出する。動作周期の算出は、中央管理装置１０１が、図３８に制御構造を示す処理を行なうことにより行なわれる。中央管理装置１０１は、各電器機器の動作周期を算出し、さらに第１の実施の形態と同様の方法で各電気機器のオン許可期間を算出して、動作周期及びオン許可期間を含む指示を消費電力測定器１３８０に送信してくるものとする。
【０２５７】
電気機器の動作周期の算出方法について、図３８を参照して説明する。周期の算出方法については種々考えることができる。ヒータのような比較的単純な動作をする機器の場合には、電源がオン又はオフしたときが明確にわかるので、例えば電源がオンしたときの時間間隔を測定すればよい。しかし、エアコンなどの場合には、図３６に示すように複雑な波形となるため、周期計算には工夫が必要である。この実施の形態では、測定値の周期を算出するために、予めいくつかのモデル波形を準備しておくものとする。各モデル波形は、各種の機器に関する何らかの測定値（例えば電力など）の１周期の波形のうち、特徴的な形状を持つ所定時間（１分〜２分など）分の波形を抽出することにより予め準備されているものとする。
【０２５８】
まず、ステップ１２００で、周期の算出対象となるデータ（ここでは温度の測定値データ）の数が所定のしきい値より多いか否かを判定し、しきい値以下であれば何もせず処理を終了する。データ数がしきい値より多ければ、ステップ１２０２で測定値の所定時間分（モデル波形の長さと同じとする。）のデータと、各モデル波形との相関を計算し、その時刻とともに記憶する。モデル波形は各電器機器の波形のうちで特徴的な部分を抽出したものである。モデル波形の電気機器と同じ電気機器から得られた測定値であれば、モデル波形と同じ様な特徴的な波形部分を持っているはずである。したがってその場合、対象となる波形部分がその特徴的な波形部分とよく一致していると相関は高くなり、それ以外の部分では相関は低くなる。つまり、この場合の相関は、電気機器の動作周期と一致する周期で高くなり、それ以外では低くなる、ということを繰返す。したがって相関のピークの間の時間間隔を調べることにより、電気機器の動作周期（消費電力の周期と一致する。）を知ることができる。一方、測定対象の電気機器とは異なる電気機器のモデル波形の場合には、常に相関が低くなる。そうしたモデル波形は、結果として周期の測定には用いられない。
【０２５９】
ステップ１２０２では、ステップ１２０２で計算した上記した原理にしたがって、モデル波形との間で計算された相関のピークの間の時間間隔を計算することにより、測定対象の電気機器の消費電力の変動波形の周期を計算する。
【０２６０】
上記した（１）の、消費電力の測定及び中央管理装置１０１への送信は、定期的に行なわれる処理である。この処理も第５の実施の形態で行なわれる処理と同様であり、その詳細はここでは繰返さない。
【０２６１】
（２）の、指示受信処理を実現するプログラムのフローチャートを図４５に示す。このプログラムは、ＣＰＵ１３２０が無線ＲＦ部１３２６を介して中央管理装置１０１から指示を受信したことに応答して発生する割込により起動される。なお、中央管理装置１０１は、消費電力測定器１３８０の周期とオン許可期間とを、第１の実施の形態において各電気機器で行なわれていた方法と同様の方法を用い、消費電力測定器１３８０からの情報に基づいて行なう。ここでは、周期を定める処理の基礎となる測定値は、制御対象となる電気機器の消費電力の測定値であり、上記した（１）の処理により消費電力測定器１３８０から中央管理装置１０１に送信されるものである。
【０２６２】
図４５を参照して、このプログラムは、中央管理装置１０１からの指示に含まれる周期、並びにオン許可期間の開始及び終了時間を中央管理装置１０１からの指示に割当てられたアドレスから読むステップ１４１０と、ステップ１４１０で読んだ周期並びにオン許可期間の開始及び終了時間をＲＡＭ１３２４に記憶して処理を終了するステップ１４１２とを含む。ＲＡＭ１３２４に記憶された情報は、消費電力測定器１３８０に電源が供給されている間、保持される。なお、消費電力測定器１３８０への電源供給が開始された後、中央管理装置１０１から指示を受取るまでの間、この周期は所定の値で初期化され、オン許可期間の開始及び終了時間はいずれも０に初期化されるものとする。さらに、第１の実施の形態と同様、オン許可期間の開始時間及び終了時間は、それぞれ周期の先頭を０とした相対時間で表すものとする。したがってオン許可期間が２つの周期にまたがる場合、開始時間＜終了時間となるケースもある。
【０２６３】
（３）の、電源制御処理を実現する処理については、既に式（７）、（８）、（Ｅ１）及び（Ｅ２）により説明したとおりである。
【０２６４】
ここで注意すべきは、電気機器への電源供給を切断すると当然電気機器は動作を止めるが、電気機器への電源供給を開始しても電気機器が直ちに動作するとは限らないことである。電気機器への電源供給を開始することは、単に電気機器のプラグをコンセントに挿入する処理に相当するだけであり、電気機器のスイッチが入っていなかったり、電気機器の内部の状態が、動作開始に適した状態でなかったり、動作を行なう必要がなかったりした場合には、電気機器での電力消費は発生しない。もっとも、多くの場合、リレー１３９０により電気機器への電源供給が開始されると、電気機器は動作を始めるであろう。
【０２６５】
この消費電力測定器１３８０は以下のように動作する。消費電力測定器１３８０のブレード１２６２がコンセントに挿入されると、電力センサ部１２７４が定期的に以下のような処理を実行する。すなわち、電圧入力ＡＤＣ部１３００が電灯線１２７０の間の電圧を測定し、デジタル信号として乗算器１３０４に与える。電流入力ＡＤＣ部１３０２は、シャント抵抗１２８２の両端の電圧を測定することにより電灯線１２７０を流れる電流を測定し、デジタル信号として乗算器１３０４に与える。乗算器１３０４はこれら２つの入力を乗算し、電力の大きさを表すデジタル信号をデジタル／周波数変換部１３０６に与える。デジタル／周波数変換部１３０６は、入力されるデジタル信号の値（すなわち消費電力値）を周波数で表す出力信号を生成し、無線ＲＦ部１３２６に与える。消費電力測定器１３８０が最初に動作するときには、リレー１３９０はオンしているものとする。
【０２６６】
ＣＰＵ１３２０は、ＧＰＩＯ１３２８を介してデジタル／周波数変換部１３０６の出力を読出す。ＣＰＵ１３２０は、デジタル／周波数変換部１３０６からの信号の周波数により差込口１２６０から電力を得ている電気機器（もしあれば）の消費している電力を算出し、無線ＲＦ部１３２６を経て中央管理装置１０１に送信する。
【０２６７】
以上の処理がＣＰＵ１３２０が定期的に行なう上記第１の処理である。
【０２６８】
中央管理装置１０１では、この情報を蓄積し、先に述べた方法で各電気機器の動作周期と、オン許可期間の開始時期及び終了時期を定期的に計算する。中央管理装置１０１はこの結果を消費電力測定器１３８０に送信してくる。ただし、先に消費電力測定器１３８０に送信した指示と内容が同じであればこの送信は行なわれない。この信号に応答して、ＣＰＵ１３２０は前記した第２の処理（指示受信処理）を実行する。すなわち、ＣＰＵ１３２０は、指示受信処理のプログラムを起動し、周期と、オン許可期間の開始時間及び終了時間をＲＡＭ１３２４に記憶する。すでにこれらが記憶されているときには、それらを新しい情報で上書きする。以上で第２の処理は終了する。
【０２６９】
通信コントローラ部１３９２が内蔵するタイマ（図示せず）は、中央管理装置１０１のタイマと同期しており、タイマから得られる現在時刻を用い、上記した式（７）、（８）、（Ｅ１）及び（Ｅ２）にしたがってリレー１３９０を制御し、電気機器への電源供給の切替を行なう。
【０２７０】
消費電力測定器１３８０及び中央管理装置１０１が上記した処理を実行することにより、消費電力測定器１３８０の差込口１２６０から電源供給を受ける電気機器は、オン許可期間内でしか動作できないことになる。同じ周期の電気機器について、その周期内でオンとなる期間ができるだけ重ならないように中央管理装置１０１がオン許可期間を定め、そのオン許可期間内でしか各電気機器が動作することができないので、システム全体として、消費電力が平準化され、ピーク時の負荷が小さくなる。
【０２７１】
この実施の形態では、消費電力測定器１３８０に接続される電気機器には、第５の実施の形態で要求されたような双方向通信の機能は不要である。従来の電気機器をそのまま利用し、電源と各電器機器との間に消費電力測定器１３８０を挿入することにより、システム全体の消費電力を平準化させることができる。
【０２７２】
［変形例］
上記第６の実施の形態では、電気機器への電源供給は、電灯線１２７０に挿入されたリレーを制御することにより行なっている。しかし第６の実施の形態では、電気機器が動作中であってもその状態とは無関係に電源が切断されることになり、装置によってはその動作に好ましくな影響を与える可能性も否定できない。できれば電気機器の動作にあまり無理を与えないで電気機器の電源のオン及びオフが行なえればより好ましい。
【０２７３】
電気機器の中には、例えばエアコン等のように赤外線受光部を持ち、赤外線リモートコントローラにより制御可能なものがある。この変形例は、電源をリレーで直接切断する代わりに、電気機器の赤外線受光部に対し、赤外線で電源オン及びオフの制御信号を送る、というものである。
【０２７４】
図４６にこの変形例の消費電力測定器１４６０のブロック図を示す。図４７を参照して、この消費電力測定器１４６０が図４３に示す消費電力測定器１３８０と異なるのは、図４３のリレー１３９０及びリレー制御部１３９４を持たず、それらに代えて、無線ＲＦ部１３２６を介してＣＰＵ１３２０からの指令を受け、電気機器を制御するための赤外線信号を出力するためのＩＲ受発光部１４７０を含む点である。なお、ＩＲ受発光部１４７０は汎用であることを想定しているため、電気機器を制御するためにどのような赤外線信号を発生すべきかを学習する必要がある。ＩＲ受発光部１４７０はそのために受光機能も備えている。制御対象の電気機器のＩＲリモートコントローラ（リモコン）からの赤外線信号をＩＲ受発光部１４７０で受光する。ＣＰＵ１３２０でその受光信号に基づき電気機器を制御するためにどのような赤外線信号を発生すべきかを学習できる。そのほかの点では消費電力測定器１４６０は消費電力測定器１３８０と同じである。
【０２７５】
この変形例では、電気機器への電源供給を直接にオン及びオフする代わりに、赤外線信号による通常の制御として電気機器のオン及びオフを行なう。電気機器の電源がオンしている間は電気機器は状況に応じた通常動作を行なう。電源がオフされるとそうした動作は行なわない。したがって、電気機器がオンする期間は、中央管理装置１０１により指定されたオン許可期間内だけとなる。オン許可期間は、中央管理装置１０１により消費電力が平準化されるよう、同じ周期の電気機器の間では分散して選ばれているため、この変形例のシステムでも、システム全体での消費電力のピーク時の負荷を小さくすることができる。
【０２７６】
なお、ＩＲ受発光部１４７０は、制御対象となる機器のＩＲ受光部に対して赤外線によるコマンドが正しく送信できるような位置に配置する必要がある。したがって、消費電力測定器１４６０の全体形状、特にＩＲ受発光部１４７０を支持する機構は第１〜第６の実施の形態のものとかなり異なってくる可能性がある。できれば、ＩＲ受発光部１４７０と無線ＲＦ部１３２６との間の接続は例えば細めのケーブル等で行なうことにし、ＩＲ受発光部１４７０を任意の位置に設置できるようにすることが望ましい。
【０２７７】
さらに、電気機器を制御する機構として、第５〜第６の実施の形態では４つの機構を説明した。しかし、本発明はそのような実施の形態には限定されず、電気機器を制御することができるものであれば他のどのような制御機構でも適用できることは言うまでもない。例えば、無線ＲＦリモコン等を用いることもできる。
【０２７８】
以上、本発明についていくつかの実施の形態に基づいてその構成を説明した。以上の実施の形態では、例えば家庭内に蓄電池がある場合については考慮していないが、蓄電池を組合せることで、動作タイミングの決定がより容易になることについては明らかである。
【０２７９】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【産業上の利用分野】
【０２８０】
この発明は、複数の電気機器による動作を適切に制御しながら消費電力を制御できるので、家庭用を始め、複数の電気機器が使用される箇所における消費電力の制御に利用できる。
【符号の説明】
【０２８１】
１０１，１１６０  中央管理装置
１０２  分電盤
１０３  ルータ
１０４  ＩＰ網
１１０  エアコン
１１１  電気ヒータ
１１２  冷蔵庫
１１３  洗濯乾燥機
１２０  通信Ｉ／Ｆ
３０１  電気機器制御部
３０４  センサ部
３０５  表示部
３０６，４０３  タイマ
３０７，４０４  時刻同期部
３０８  状態管理部
３０９  コントローラ
３１０  制御対象物
４０１  中央管理装置制御部
４０５  テーブル記憶部
１１６２  集合住宅
１２４０，１３４０，１３８０，１４６０  消費電力測定器
１２７４  電力センサ部
１２７６，１３５０，１３８０，１３９２  通信コントローラ部
【図１】
2011162405.tif 000017
【図２】
2011162405.tif 000018
【図３】
2011162405.tif 000019
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【国際調査報告】
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